一种差分移动机器人里程计标定方法技术

本发明专利技术公开了一种差分移动机器人里程计标定方法，所述方法包括：步骤1：机器人在预设区域内进行行走，利用运动捕捉系统对车辆进行位置定位；步骤2：将机器人行走位移传输到处理器，同时读取机器人里程计计算出的行走位移；步骤3：基于运动捕捉系统获得的机器人行走位移和程计计算出的行走位移，计算出补偿参数，对运动捕捉系统进行补偿；步骤4：重复进行步骤1‑步骤3，不断迭代修正补偿参数，直至机器人行走路线与设定一致，实现了差分移动机器人标定效率和精度较高的技术效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人运动控制领域，具体地，涉及一种差分移动机器人里程计标定方法。
技术介绍
差分移动机器人是一种差分驱动的车体，这种车体具有零转向半径、体积小、运动稳定、价格低廉、负载大等诸多优点，有非常良好的应用和研究价值。由于差分移动机器人使用里程计进行位移、速度的解算，因此需要对机器人里程计进行标定，将系统误差校正到允许误差范围之内。为了减少系统误差对机器人直线运动和旋转运动产生影响，目前通用的标定方法是设计直线行驶使用标尺测量实际位移，设计原地旋转方式使用角度尺测量实际角度变化，设计修正系数对进行里程计标定。这种方法的优点在于能够简易实线里程计的基本标定要求，实现成本低，简单易行；缺点是标尺和角度尺测量精度不高，不利于实现里程计精准标定的需求，且测量过程中引入大量的测量误差。综上所述，本申请专利技术人在实现本申请专利技术技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：在现有技术中，现有的差分移动机器人标定方法存在效率较低、精度较差、测量误差较大的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种差分移动机器人里程计标定方法，解决了现有的差分移动机器人标定方法存在效率较低、精度较差、测量误差较大的技术问题，实现了差分移动机器人标定效率和精度较高的技术效果。为解决上述技术问题，本申请提供了一种差分移动机器人里程计标定方法，所述方法包括：步骤1：机器人在预设区域内进行行走，利用运动捕捉系统对车辆进行位置定位；步骤2：将机器人行走位移传输到处理器，同时读取机器人里程计计算出的行走位移；步骤3：基于运动捕捉系统获得的机器人行走位移和程计计算出的行走位移，计算出补偿参数，对里程计相关参数进行补偿；步骤4：重复进行步骤1-步骤3，不断迭代修正补偿参数，直至机器人行走路线与设定一致。其中，本申请中的一种基于运动捕捉系统视频的差分机器人底盘标定方法的解决途径，利用计算机视觉技术对机器人行走路线进行定位，将捕捉系统测得行走结果与实际行走结果综合分析与迭代计算，达到对机器人底盘进行标定的要求，该方法可脱离人为手工测量带来的测量误差，也可提高测量精度，提高标定的准确性。其中，运动捕捉系统为现有技术中的系统，具体为：运动捕捉系统选用6个光学相机，均匀环绕被测物体周围，将机器人车身平面上的三点作为标记，记录并识别这些标志在视野空间中的位置，从而得到车身的运动轨迹。将运动轨迹转化为世界坐标系下，机器人车身的运动轨迹可以在坐标系下表示。此外，记录车身上三个标志点，可以计算出车身旋转的角度，从而得到完整的路径、位置和方位信息约束。本专利技术提供一种基于运动捕捉方式的里程计标定方法，机器人在给定的区域内运动，通过运动捕捉系统提供机器人定位信息进行标定的方法(创新点：替换了卷尺手测，改用了视觉测量)，首先机器人按照给定区域进行行走，利用运动捕捉相机对车辆进行位置定位，将机器人行走位移传输到电脑终端，同时读取机器人里程计计算出的行走位移。根据两者位移计算出补偿参数，对系统进行补偿。重复进行行走标定过程，不断迭代修正补偿系数，直到机器人行走路线与设定一致，且结果误差满足系统的精度要求。进一步的，所述机器人建立有运动学模型，为了表征机器人在平面内中的位置，建立平面全局参考框架和机器人局部参考框架。选定空间中一点作为全局参考框架的原点，从原点为坐标系基准点，建立直角坐标系，横轴X和纵轴Y的指向为选定方向；选取机器人底盘几何中心点作为位置参考点，坐标位置由x和y确定。机器人的初始位置为(X0,Y0,θ0),经过时间δt之后，运动到位置(X,Y,θ)坐标系内机器人的坐标变化为：x=x0+δdr+δdl2cosθy=y0+δdr+δdl2sinθ---(3)]]>其中，θ为机器人移动的偏航角度，θ0为上一时刻的偏航角度，δdr和δdl为左右两轮行走的位移。进一步的，所述机器人建立有里程计系统误差模型，机器人系统带有误差修正项的运动公式为：θ=θ0+δdr-δdlEb*bnominalδdl=Es*Cl*Dl/2*vl*δtδdr=Es*Cr*Dr/2*vr*δt---(7)]]>其中，θ为机器人移动的偏航角度，θ0为上一时刻的偏航角度，δdr和δdl为左右两轮行走的位移，Eb为两轮轮间距不精确带来的误差，Es为两轮直径的实际平均值与标称平均值不相等带来的误差，bnominal测量的轮间距，机器人左右两轮的补偿系数为Cl和Cr，Dr和Dl分别为机器人右轮与左轮直径，vl和vr为左右两轮的运动角速度，δt为运动时间。进一步的，方法中的误差标定包括：误差Es标定、误差Ed标定、误差Eb标定。进一步的，误差Es标定具体包括：STEP1系统初始化设定：选定机器人起始位置为原点，里程计的初始里程和速度设定为零；STEP2机器人直线运动设定：设定机器人直线行驶的距离Sordometry长度为L，记录机器人行走距离为Sordometry时，使用运动捕捉系统记录距离出发点的实际位移Sactual；STEP3重复实验：重复进行STEP2实验，得到五组Sactual数据；STEP4计算补偿参数Es：取五次Sactual的平均值计算补偿参数Es，修正系统模型，重复进行STEP1-STEP3实验，将参数Es迭代更新，直至Sactual满足精度要求。进一步的，误差Ed、Eb标定具体包括：STEP1系统初始化设定：选定机器人起始位置为原点，里程计的初始里程和速度设定为零；STEP2机器人矩形顺时针运动设定：选定边长为L的正方形区域，系统设定机器人顺时针运动，利用标定的Es修正δdr和δdl；设定机器人在正方形每条边的运动距离为L，在拐角处旋转90度，利用运动捕捉系统记录运动结束时的终点位置与起点位置是的横轴与纵轴偏移x和y；STEP3顺时针重复实验：重复进行STEP2实验，记录五组横轴与纵轴偏移，得到平均值xcw和ycw；STEP4机器人矩形顺时针运动设定：同STEP2，机器人设定沿着正方形进行逆时针方向运动一周，利用运动捕捉系统记录运动结束时的终点位置与起点位置是的横轴与纵轴偏移x和y；STEP5逆时针重复实验：重复进行STEP4实验，记录五组横轴与纵轴偏移，得到平均值xccw和yccw；STEP6计算补偿参数Ed和Eb：利用(xcw,ycw)或(xccw,yccw)计算过渡补偿参数α和β：α=(xccw-xccw)/(-4L)β=-(xcw+xccw)/(-4L)---(8)]]>补偿参数Ed和Eb为：R＝(L/2)/sin(β/2)(9)利用重复进行STEP1-STEP5实验，将参数Ed和Eb迭代更新，直至机器人行走路线基本与正方形区域重合，行走偏移x和y满足精度要求。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：1)利用运动捕捉定位方式进行机器人底盘里程计的标定，应用中，实现了运动定位对里程计码盘定位的修正功能，实现了非手动测量进行标定的繁琐低精度的方法，丰富了底盘里程计的标定手段；2)设计行走矩形区域路线实现机器人直线和旋转角度的双重校正，应用中，机器人行走本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分移动机器人里程计标定方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：机器人在预设区域内进行行走，利用运动捕捉系统对车辆进行位置定位；步骤2：将机器人行走位移传输到处理器，同时读取机器人里程计计算出的行走位移；步骤3：基于运动捕捉系统获得的机器人行走位移和程计计算出的行走位移，计算出补偿参数，对里程计相关参数进行补偿；步骤4：重复进行步骤1‑步骤3，不断迭代修正补偿参数，直至机器人行走路线与设定一致。

【技术特征摘要】
1.一种差分移动机器人里程计标定方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：机器人在预设区域内进行行走，利用运动捕捉系统对车辆进行位置定位；步骤2：将机器人行走位移传输到处理器，同时读取机器人里程计计算出的行走位移；步骤3：基于运动捕捉系统获得的机器人行走位移和程计计算出的行走位移，计算出补偿参数，对里程计相关参数进行补偿；步骤4：重复进行步骤1-步骤3，不断迭代修正补偿参数，直至机器人行走路线与设定一致。2.根据权利要求1所述的差分移动机器人里程计标定方法，其特征在于，所述机器人建立有运动学模型，机器人的初始位置为(X0,Y0,θ0),经过时间δt之后，运动到位置(X,Y,θ)坐标系内机器人的坐标变化为：x=x0+δdr+δdl2cosθy=y0+δdr+δdl2sinθ---(3)]]>其中，θ为机器人移动的偏航角度，为全局框架和局部框架的角度差，θ0为上一时刻的偏航角度，δdr和δdl为左右两轮行走的位移，x、y、x0、y0均为位置坐标。3.根据权利要求2所述的差分移动机器人里程计标定方法，其特征在于，所述机器人建立有里程计系统误差模型，机器人系统带有误差修正项的运动公式为：θ=θ0+δdr-δdlEb*bnominalδdl=Es*Cl*Dl/2*vl*δtδdr=Es*Cr*Dr/2*vr*δt---(7)]]>其中，θ为机器人移动的偏航角度，θ0为上一时刻的偏航角度，δdr和δdl为左右两轮行走的位移，Eb为两轮轮间距不精确带来的误差，Es为两轮直径的实际平均值与标称平均值不相等带来的误差，bnominal测量的轮间距，机器人左右两轮的补偿系数为Cl和Cr，Dr和Dl分别为机器人右轮与左轮直径，vl和vr为左右两轮的运动角速度，δt为运动时间。4.根据权利要求3所述的差分移动机器人里程计标定方法，其特征在于，方法中的误差标定包括：误差Es标定、误差Ed标定、误差Eb标定。5.根据权利要求4所述的差分移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗元泰，周剑，吕传龙，陈美文，
申请(专利权)人：成都通甲优博科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51