一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，其主要技術(shù)特點(diǎn)是包括：全向移動(dòng)平臺(tái)獲取起始點(diǎn)信息和目標(biāo)點(diǎn)信息并進(jìn)行路徑規(guī)劃，實(shí)時(shí)獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，如果該定位數(shù)據(jù)為有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，否則使用視覺(jué)傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器組合進(jìn)行導(dǎo)航。本發(fā)明通過(guò)iGPS系統(tǒng)、iGPS接收器、隨動(dòng)輪系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)編碼器、紅外傳感器及視覺(jué)傳感器進(jìn)行組合定位，能夠在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行導(dǎo)航，具有精度高、實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)且能夠適應(yīng)iGPS信號(hào)被遮擋的情況，解決復(fù)雜環(huán)境下室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于i GPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法。
【背景技術(shù)】
[0002]室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)指系統(tǒng)獲得機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置，并引導(dǎo)機(jī)器人前往目標(biāo)位置的過(guò)程。移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方式主要有慣性導(dǎo)航、激光雷達(dá)導(dǎo)航、磁條導(dǎo)航及視覺(jué)導(dǎo)航等。在上述導(dǎo)航方式中，磁條導(dǎo)航安裝成本高，維護(hù)成本大，且只能行走在磁條區(qū)域;激光雷達(dá)導(dǎo)航需要在無(wú)遮擋的環(huán)境中使用，慣性導(dǎo)航已被證明存在較大累積誤差，不能長(zhǎng)時(shí)間使用，視覺(jué)導(dǎo)航的處理速度和精度存在較大問(wèn)題，且受環(huán)境亮度影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，該定位方法在iGPS高精度定位數(shù)據(jù)下，通過(guò)融合多種傳感器的數(shù)據(jù)完成平臺(tái)的導(dǎo)航，解決復(fù)雜環(huán)境下室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1、全向移動(dòng)平臺(tái)獲取起始點(diǎn)信息和目標(biāo)點(diǎn)信息并進(jìn)行路徑規(guī)劃，在路徑規(guī)劃完成后，執(zhí)彳丁步驟2 ；
[0007]步驟2、實(shí)時(shí)獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，如果該定位數(shù)據(jù)為有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，否則執(zhí)行步驟3;
[0008]步驟3、使用視覺(jué)傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器組合進(jìn)行導(dǎo)航。
[0009]所述步驟2按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航的具體方法為:將電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器和隨動(dòng)輪系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)輸入到里程計(jì)模型中，由里程計(jì)模型計(jì)算定位數(shù)據(jù);全向移動(dòng)平臺(tái)每間隔一定周期嘗試獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，再將iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)與里程計(jì)模型的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果偏差在誤差允許范圍之內(nèi)，則繼續(xù)按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，并按照iGPS定位數(shù)據(jù)更新里程計(jì)模型，若比對(duì)結(jié)果偏差超出誤差允許范圍，則再獲取一次iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，然后判斷iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)異常;如果iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)沒(méi)有異常，則繼續(xù)按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，并按照iGPS定位數(shù)據(jù)更新里程計(jì)模型，如果出現(xiàn)異?；驘o(wú)法獲得有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)至步驟3使用其他傳感器組合進(jìn)行導(dǎo)航。
[0010]所述步驟3使用其他傳感器組合進(jìn)行導(dǎo)航的具體方法為:根據(jù)最近有效數(shù)據(jù)判斷距離目標(biāo)是否具有簡(jiǎn)短路徑，如果具有簡(jiǎn)短路徑，則使用陀螺儀和旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行導(dǎo)航，如果到達(dá)目標(biāo)位置，則導(dǎo)航結(jié)束;若不能到達(dá)目標(biāo)位置，則使用視覺(jué)傳感器尋找路標(biāo)，如果使用視覺(jué)傳感器仍未找到路標(biāo)，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，并結(jié)束導(dǎo)航;若找到路標(biāo)，則根據(jù)視覺(jué)傳感器進(jìn)行導(dǎo)航，全向移動(dòng)平臺(tái)向路標(biāo)行進(jìn);全向移動(dòng)平臺(tái)行進(jìn)到路標(biāo)區(qū)域內(nèi)后，判斷iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)是否恢復(fù)正常，若恢復(fù)正常，則返回步驟2并按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，若仍未恢復(fù)，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，結(jié)束導(dǎo)航。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0012]本發(fā)明通過(guò)iGPS系統(tǒng)、隨動(dòng)輪系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)編碼器、紅外傳感器及視覺(jué)傳感器進(jìn)行組合定位，能夠在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行導(dǎo)航，具有精度高、實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)且能夠適應(yīng)iGPS信號(hào)被遮擋的情況，解決復(fù)雜環(huán)境下室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的運(yùn)行流程圖；
[0014]圖2是本發(fā)明在失去有效iGPS彳目號(hào)時(shí)的流程圖；
[00?5]圖3是本發(fā)明的運(yùn)行原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0017]—種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，是在基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的。該導(dǎo)航系統(tǒng)包括iGPS系統(tǒng)、安裝在iGPS信號(hào)正常區(qū)域的路標(biāo)以及安裝在全向移動(dòng)平臺(tái)上的iGPS接收器、陀螺儀、隨動(dòng)輪系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)編碼器、紅外傳感器、視覺(jué)傳感器和控制機(jī)。
[0018]所述iGPS系統(tǒng)由安裝在室內(nèi)不同位置的多個(gè)iGPS發(fā)射器構(gòu)成，為了滿足精度需要，至少要安裝3個(gè)或以上的iGPS發(fā)射器。所述iGPS接收器需要安裝2個(gè)或以上用來(lái)獲取全向移動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)和航向角數(shù)據(jù)。
[0019]所述隨動(dòng)輪系統(tǒng)包括隨動(dòng)輪本體、減速器、壓緊裝置和旋轉(zhuǎn)編碼器。隨動(dòng)輪本體在壓緊裝置的作用下與地面緊密接觸，經(jīng)過(guò)減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)，獲得脈沖數(shù)，并發(fā)送給控制機(jī)。全向移動(dòng)平臺(tái)安裝2個(gè)及以上的隨動(dòng)輪本體，即可對(duì)全向移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)的位置跟蹤。隨動(dòng)輪系統(tǒng)采用里程計(jì)方式對(duì)全向移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行定位。
[0020]所述陀螺儀用于解算全向移動(dòng)平臺(tái)的位姿數(shù)據(jù)，主要用于iGPS信號(hào)錯(cuò)誤或者被遮擋情況下的短時(shí)間定位使用。
[0021]所述紅外傳感器安裝在全向移動(dòng)平臺(tái)的前、后、左、右四個(gè)方位上用于實(shí)時(shí)獲得障礙物數(shù)據(jù)，紅外傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量周?chē)系K物數(shù)據(jù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的警告值后向控制機(jī)報(bào)警，保護(hù)全向移動(dòng)平臺(tái)不發(fā)生碰撞。
[0022]所述視覺(jué)傳感器用于全向移動(dòng)平臺(tái)尋找路標(biāo)時(shí)使用。所述路標(biāo)安置在iGPS信號(hào)正常的區(qū)域，用于全向移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)入iGPS盲區(qū)不能完成定位時(shí)退出盲區(qū)使用。
[0023]所述控制機(jī)內(nèi)安裝有基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航軟件實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航功能。該全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航軟件的設(shè)計(jì)原理是:獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，隨后根據(jù)獲取到的定位信息和目標(biāo)點(diǎn)信息進(jìn)行路徑規(guī)劃，在路徑規(guī)劃完成后，開(kāi)始進(jìn)行導(dǎo)航，在導(dǎo)航過(guò)程中，通過(guò)隨動(dòng)輪里程計(jì)模型的計(jì)算，并與iGPS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，可以對(duì)隨動(dòng)輪里程計(jì)模型進(jìn)行修正，也可以剔除具有明顯錯(cuò)誤的iGPS信號(hào)。在iGPS信號(hào)受到遮擋時(shí)，短時(shí)間內(nèi)可以通過(guò)陀螺儀的航向角數(shù)據(jù)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行導(dǎo)航，通過(guò)視覺(jué)傳感器尋找相近路標(biāo)，確定路標(biāo)的航向角，通過(guò)陀螺儀的數(shù)據(jù)和隨動(dòng)輪數(shù)據(jù)作為雙重反饋，引導(dǎo)平臺(tái)行進(jìn)到路標(biāo)位置。
[0024]本發(fā)明的基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0025]步驟1、全向移動(dòng)平臺(tái)獲取起始點(diǎn)信息和目標(biāo)點(diǎn)信息并進(jìn)行路徑規(guī)劃，在路徑規(guī)劃完成后，進(jìn)入下一步。
[0026]步驟2、實(shí)時(shí)獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，如果獲取到有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，具體方法如下:
[0027]將電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器和隨動(dòng)輪系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)輸入到里程計(jì)模型中，由里程計(jì)模型計(jì)算定位數(shù)據(jù);全向移動(dòng)平臺(tái)每間隔500ms嘗試獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，再將iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)與里程計(jì)模型的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果兩模型結(jié)果偏差在誤差允許范圍之內(nèi)，則繼續(xù)按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，并按照iGPS數(shù)據(jù)更新里程計(jì)模型，若兩模型結(jié)果偏差超出誤差允許范圍，則再獲取一次iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，然后判斷iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)異常;如果iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)沒(méi)有異常，則繼續(xù)按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，并按照iGPS數(shù)據(jù)更新里程計(jì)模型，如果出現(xiàn)異?；驘o(wú)法獲得有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)至步驟3使用其他傳感器組合進(jìn)行導(dǎo)航。
[0028]步驟3、使用其他傳感器組合(視覺(jué)傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器)進(jìn)行導(dǎo)航。采用其他傳感器組合進(jìn)行導(dǎo)航的具體方法如圖2所示，包括以下步驟:
[0029]根據(jù)最近的有效數(shù)據(jù)判斷距離目標(biāo)是否具有簡(jiǎn)短路徑(直線距離〈SO)，如果具有簡(jiǎn)短路徑，則嘗試使用陀螺儀和旋轉(zhuǎn)編碼器行進(jìn)到目標(biāo)。上述SO的范圍由具體環(huán)境制定，復(fù)雜環(huán)境下SO值調(diào)低，簡(jiǎn)單環(huán)境下SO適當(dāng)調(diào)高。
[0030]在具有簡(jiǎn)短路徑情況下，嘗試根據(jù)陀螺儀等傳感器行進(jìn)到目標(biāo)，如果到達(dá)目標(biāo)位置，則導(dǎo)航結(jié)束;若不能到達(dá)目標(biāo)位置，則使用視覺(jué)傳感器尋找路標(biāo);如果全向移動(dòng)平臺(tái)在路標(biāo)區(qū)域仍不能接受正確的iGPS信號(hào)，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行故障檢修。
[0031]使用視覺(jué)傳感器尋找路標(biāo)是將視覺(jué)傳感器安裝在舵機(jī)上，通過(guò)舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)，可以獲得360度方向的視覺(jué)信息，再通過(guò)SIFT等匹配算法，尋找路標(biāo)。
[0032]如果使用視覺(jué)傳感器仍未找到路標(biāo)，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，并結(jié)束導(dǎo)航;若找到路標(biāo)，則根據(jù)視覺(jué)傳感器進(jìn)行導(dǎo)航，全向移動(dòng)平臺(tái)向路標(biāo)行進(jìn)。
[0033]全向移動(dòng)平臺(tái)行進(jìn)到路標(biāo)區(qū)域內(nèi)后，系統(tǒng)判斷iGPS信號(hào)是否恢復(fù)正常，若恢復(fù)正常，則返回步驟2按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，若仍未恢復(fù)，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，結(jié)束導(dǎo)航。
[0034]基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航過(guò)程如圖3所示。
[0035]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、全向移動(dòng)平臺(tái)獲取起始點(diǎn)信息和目標(biāo)點(diǎn)信息并進(jìn)行路徑規(guī)劃，在路徑規(guī)劃完成后，執(zhí)彳丁步驟2 ； 步驟2、實(shí)時(shí)獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，如果該定位數(shù)據(jù)為有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，否則執(zhí)行步驟3; 步驟3、使用視覺(jué)傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器組合進(jìn)行導(dǎo)航。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，其特征在于:所述步驟2按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航的具體方法為:將電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器和隨動(dòng)輪系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)輸入到里程計(jì)模型中，由里程計(jì)模型計(jì)算定位數(shù)據(jù);全向移動(dòng)平臺(tái)每間隔一定周期嘗試獲取iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，再將iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)與里程計(jì)模型的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果偏差在誤差允許范圍之內(nèi)，則繼續(xù)按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，并按照iGPS定位數(shù)據(jù)更新里程計(jì)模型，若比對(duì)結(jié)果偏差超出誤差允許范圍，則再獲取一次iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)，然后判斷iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)異常；如果iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)沒(méi)有異常，則繼續(xù)按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，并按照iGPS定位數(shù)據(jù)更新里程計(jì)模型，如果出現(xiàn)異?；驘o(wú)法獲得有效的iGPS定位數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)至步驟3使用其他傳感器組合進(jìn)行導(dǎo)航。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于iGPS的全向移動(dòng)機(jī)械手自主導(dǎo)航方法，其特征在于:所述步驟3使用其他傳感器組合進(jìn)行導(dǎo)航的具體方法為:根據(jù)最近有效數(shù)據(jù)判斷距離目標(biāo)是否具有簡(jiǎn)短路徑，如果具有簡(jiǎn)短路徑，則使用陀螺儀和旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行導(dǎo)航，如果到達(dá)目標(biāo)位置，則導(dǎo)航結(jié)束;若不能到達(dá)目標(biāo)位置，則使用視覺(jué)傳感器尋找路標(biāo)，如果使用視覺(jué)傳感器仍未找到路標(biāo)，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，并結(jié)束導(dǎo)航;若找到路標(biāo)，則根據(jù)視覺(jué)傳感器進(jìn)行導(dǎo)航，全向移動(dòng)平臺(tái)向路標(biāo)行進(jìn);全向移動(dòng)平臺(tái)行進(jìn)到路標(biāo)區(qū)域內(nèi)后，判斷iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)是否恢復(fù)正常，若恢復(fù)正常，則返回步驟2并按照iGPS系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航，若仍未恢復(fù)，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，結(jié)束導(dǎo)航。
【文檔編號(hào)】B25J9/16GK105922258SQ201610367748
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】張小俊, 徐子寒, 孫凌宇, 張建華
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)