1.一种高精度机器人定位导航方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:通过用户终端发送指令启动机器人,机器人进行初始化;
步骤2:获取机器人初始位置数据,其中位置初始数据包括:视觉初始化数据、惯性初始化数据、视觉‑惯性信息融合数据;视觉数据估计机器人所处的位置,惯性数据估计机器人的位姿,然后进行视觉‑惯性信息融合,进一步精确估计机器人的位置;
步骤3:将步骤2中机器人的视觉初始化数据、惯性传感器初始化数据、视觉‑惯性信息融合数据通过移动通信模块实时发送给后台;
步骤4:机器人进入待机状态,等待用户通过用户终端发布机器人的工作任务至后台;
步骤5:机器人检测是否有工作任务,如果没有则跳转至步骤4;如果有工作任务,则机器人进入工作状态,执行以下步骤;
步骤6:视觉传感器与惯性传感器实时获取机器人的行驶数据,行驶数据包括:前后相机获取地面循迹线的关键帧数据和后相机获取机器人位置校正点的关键帧数据;
步骤7:后相机检测机器人是否行驶至位置校正标识点,判断是否需要进行视觉‑惯性信息融合,进一步精准机器人定位信息;若机器人行驶至位置校正标识点,则进入步骤8,否则,直接进入步骤9;
步骤8:视觉‑惯性信息融合,方法如下:
步骤2.1、若视觉里程d2与惯性里程d1不超过地面已知两定位标识点距离l一半时,即满足则惯性里程d1更新为视觉里程d2,即此时d1=d2;
步骤2.2、若视觉里程d2与惯性里程d1超过地面已知两定位标识点距离l时,即满足;
此情况为地面缺失位置校正标识点,处理方法如下:直线行驶时惯性里程d1更新为定位标识点距离d2=d2+lk,若k不满足约束条件,则机器人则发送异常数据至后台,等待用户重新校正数据,用户校正数据完成后,进入步骤9;
步骤9:前后相机同时循线行驶并根据理论循迹线的位置,纠正机器人的行驶误差,采用控制算法,控制机器人的行驶;
步骤10:机器人的工作任务是否完成,若未完成,则跳转至步骤6;若机器人的任务已完成,则进入下一步骤;
步骤11:机器人任务结束;若用户未执行任何操作,机器人则进入步骤2;若用户关闭机器人,则机器人进入关机状态;
步骤12:结束。
2.根据权利要求1所述的高精度机器人定位导航方法,其特征在于,步骤6中,所述前后相机获取地面循迹线的关键帧数据:前相机计算出所观测的机器人循线数据,其中包括循迹线首行横坐标xa0,隔n行的循迹线横坐标xan,计算出前相机观测的机器人偏移角度 ,其中;
后相机计算出所观测的机器人循线数据,其中包括循迹线首行横坐标xb0,隔n行的循迹线横坐标xbn,计算出前相机观测的机器人偏移角度 ,其中,
所述后相机获取机器人位置校正点的关键帧数据:
步骤1.1、若后相机检测到位置校正点,则根据地面位置校正标识点的已知地面设置方式,计算出机器人视觉里程d2,其中式中, 为上一位置校正点的视觉里程,l为已知地面设置的位置校正标识点距离;
步骤1.2、若后相机未检测到位置校正标识点,则机器人视觉里程d2保持不变;
步骤1.3、惯性传感器用于计算出机器人惯性里程d1,其中d1计算如下:式中,d0为上一周期的惯性里程,v为惯性传感器测得的机器人行驶速度, 为惯性传感器测得的机器人加速度,t为惯性传感器的采样周期。
3.根据权利要求1所述的高精度机器人定位导航方法,其特征在于,步骤9的具体步骤为:步骤3.1、根据前相机的数据控制机器人循线行驶,能够保持循迹线处于机器人前部的中间位置,控制系统输出量计算公式如下:;式中, 为控制系数, 为前相机观
测值 与理论值 之间的误差, 为控制系统的输出量;
步骤3.2、根据后相机的数据控制机器人循线行驶,能够保持循迹线处于机器人后部的中间位置,控制系统输出量计算公式如下:;式中, 为控制系数, 为后相机观
测值 与理论值 之间的误差, 为控制系统的输出量。
4.一种根据权利要求1 3任一所述的高精度机器人定位导航方法的导航系统,其特征~在于,所述高精度机器人定位导航系统包括机器人底盘和地面辅助装置;
所述机器人底盘包括机器人控制系统、定位导航系统以及移动通信模块;
所述地面辅助装置包括易于机器人识别的循迹线以及不同于循迹线颜色的位置校正标识点,提供便于机器人获取有效的检测信息。
5.根据权利要求4所述的高精度机器人定位导航系统,其特征在于,所述定位导航系统包括安装在底盘前部中间的前相机、安装在底盘后部中间的后相机以及安装在底盘中央的惯性传感器。
6.根据权利要求4所述的高精度机器人定位导航系统,其特征在于,所述移动通信模块用于控制系统与后台之间的数据传输,机器人的行驶数据通过移动通信模块发送给后台,后台接收来自用户终端的操作指令以及工作任务,后台数据同步在用户终端显示。
7.根据权利要求4所述的高精度机器人定位导航系统,其特征在于,所述地面辅助装置的位置校正标识点的位置,循迹线直线部分每间隔距离为 标定一个位置校正标识点, 为机器人长度,循迹线曲线部分每间隔距离为 标定一个位置校正标识点, 为机器人转弯半径。