[发明专利]一种三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法

说明书

三轮全向移动机器人是一种重要的移动机器人体系结构，具有稳定性高、全向移动的优点。三轮全向移动机器人车轮的滑动影响定位与控制的精度，对其进行定量估计具有重要意义。本发明涉及涉及一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法，其核心是融合编码器和激光雷达数据以及三轮全向移动机器人正逆运动学模型，估计车轮实际转动的移动。

技术领域

本发明涉及一种三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法，具体地说，涉及一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法。

背景技术

三轮全向移动机器人是一种重要的移动机器人体系结构，具有稳定性高、全向移动的优点。三轮全向移动机器人车轮的滑动影响定位与控制的精度，对其进行定量估计具有重要意义。

现有技术提出了一种基于分类的移动机器人车轮打滑检测方法(参见：ChrisC.Ward,Karl Iagnemma:《Classification-BasedWheel Slip DetectionandDetectorFusion for OutdoorMobile Robots》，2007IEEE International Conferenceon Robotics andAutomation,2007年4月)，该技术的主要不足是不能对车轮打滑进行定量估计。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于编码器与激光雷达的三轮全向移动机器人车轮滑动定量估计方法。该发明的核心是融合编码器和激光雷达数据以及三轮全向移动机器人正逆运动学模型，估计车轮实际转动的移动。

其具体技术方案为：

输入：M₀,M₁,其中M₀表示前一时刻的激光雷达测量，M₁表示当前时刻的激光雷达测量，表示编码器测量的第一个轮子转动位移，表示编码器测量的第二个轮子转动位移，表示编码器测量的第三个轮子转动位移；

输出：S₁,S₂,S₃，其中S₁表示一个轮子滑动位移，S₂表示第二个轮子滑动位移，S₃表示第三个轮子滑动位移；

步骤1：根据利式(1)计算表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的位置，表示根据编码器测量以及机器人运动学模型计算出的机器人相对于前一时刻坐标系的方位；

其中，

其中，表示前一时刻机器人的方位，R表示车轮半径，L₁表示机器人几何中心到第一个和第二个车轮的距离，L₂表示机器人几何中心到第三个车轮的距离，δ表示机器人几何中心到第一个轮子的线段与机器人坐标系X轴的夹角。

步骤2：计算H₀,T₀；H₀和T₀分别表示机器人相对于前一时刻坐标系的旋转矩阵和平移向量的初始估计；

步骤3：根据H₀,T₀,M₀,M₁,利用迭代最近点方法计算机器人相对于前一时刻坐标系的旋转矩阵H和平移向量T，

(H,T,d)＝ICP(H₀,T₀,M₀,M₁,σ) (4)

其中，ICP代表迭代最近点方法，σ为匹配距离阈值，d为匹配精度；