一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人的定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109186597A(43)申请公布日2019.01.11(21)申请号201811011963.6(22)申请日2018.08.31(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人牛小骥旷俭陈映秋李雨(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人罗飞(51)Int.Cl.G01C21/18(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人的定位方法(57)摘要本发明提供了一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人定位方法，首先分别通过第一、第二惯性导航模块采集车轮、车身的运动信息，单独解算得到第一、第二定位信息，包括车轮以及车身的位置、速度、姿态角；再通过第二惯性模块的俯仰角对第一惯性模块的俯仰角进行补偿，进而使用补偿后的俯仰角和第一姿态角估计第一模块的安装角。同时，通过第一惯性模块测量车轮转动角速度换算得到的车体移动速度信息，分别提供给第一、第二惯导模块，分别构建运动约束进行组合解算，进而提升第一、第二定位信息的精度。最后将第一、第二定位信息以及两模块安装位置的空间几何信息组合提升整个系统的定位精度从而实现一种高精度、低成本的室内机器人相对定位方法。CN109186597ACN109186597A权利要求书1/3页1.一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人定位方法，其特征在于，所述室内轮式机器人包括车轮与车身，所述MEMS-IMU为微型惯性测量单元，所述微型惯性测量单元包括第一惯性导航模块与第二惯性导航模块，所述方法包括：步骤S101：通过所述第一惯性导航模块采集所述车轮的运动信息，并单独解算获得第一定位信息，其中，所述第一惯性导航模块位于所述车轮的中心，所述第一定位信息包括所述车轮的位置、速度和姿态角；步骤S102：通过所述第二惯性导航模块采集所述车身的运动信息，并单独解算获得第二定位信息，其中，所述第二惯性导航模块位于所述车身的顶部中央，所述第二定位信息包括所述车身的位置、速度和姿态角；步骤S103：通过所述第二惯性导航模块的俯仰角对所述第一惯性导航模块的俯仰角进行补偿，获得补偿后的俯仰角，使用补偿后的俯仰角和所述第一惯导模块的姿态角估计所述第一惯性导航模块的安装角；步骤S104：通过所述第一惯性导航模块测量采集的车轮转动角速度，获得车体移动速度，将车体移动速度分别提供给所述第一惯性导航模块和第二惯性导航模块，并构建第一运动约束进行组合解算，获得组合后的第一定位信息，构建第二运动约束进行组合解算，获得组合后的第二定位信息；步骤S105：基于所述组合后的第一定位信息、所述组合后的第二定位信息以及所述第一惯性模块和第二惯性模块的安装位置的空间关系，获得组合后的第三定位信息。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S101具体包括：所述第一惯性导航模块输出第一观测值，将所述第一输出观测值用于惯性导航机械编排解算，获得所述第一定位信息，包括所述车轮的位置、速度和姿态角。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S102具体包括：所述第二惯性导航模块输出第二观测值，将所述第二输出观测值用于惯性导航机械编排解算，获得所述第二定位信息，包括所述车身的位置、速度和姿态角。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S103具体包括：步骤S1031：将所述第一惯性导航模块的安装角定义为从b系到v系的姿态差异，其中，所述b系为传感器坐标系，所述v系为载体坐标系，所述载体坐标系为所述车轮机器人坐标系，所述第一惯性导航模块的所述姿态差异的旋转矩阵为所述姿态的欧拉角表示为:其中，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的横滚角、表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的俯仰角，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的航向角；步骤S1032：通过所述第二惯性导航模块的俯仰角对所述第一惯性导航模块的俯仰角进行补偿，获得所述补偿后的俯仰角具体通过式(1)和式(2)获得：其中，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到载体坐标系的横滚角，表示所述第一惯性导航模块中，传感器坐标系到当地水平坐标系的横滚角，表示所述第2CN109186597A权利要求书2/3页一惯性导航模块中，传感器坐标系到当地水平坐标系的俯仰角，表示第二惯性导航模块中，传感器坐标系到当地水平坐标系的俯仰角，且基于预设关系，可以通过所述欧拉角获得相应的旋转矩阵步骤S1033：采用补偿后的俯仰角和所述第一惯导模块的姿态角估计所述第一惯性导航模块的安装角。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一惯性导航模块和第二惯性导航模块包括陀螺仪和加