[发明专利]一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人的定位方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人相对定位方法。

背景技术

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System GNSS)的发展，位置服务(Location Based Service LBS)日渐成为人们生活工作当中必不可少的一部分，而作为LBS最后阶段研究的室内定位技术得到空前的重视，成为现阶段定位技术的研究热点。室内定位方法可分为相对定位和绝对定位，相对定位又称航迹推算，主要利用传感器如惯导、里程计、视觉里程计和激光雷达等测量机器人相对于初始状态的变化量来确定移动机器人当前的位姿。绝对定位又称全局定位，主要利用预先布设定位基站发射的信号交会定位(如超宽带)或利用预先测绘构建的导航数据库匹配定位(如地磁匹配)等对机器人在参考坐标系中的绝对位姿进行估算。

实际应用中，绝对定位因覆盖面积增大成本急剧增长的原因，定位基站和导航数据库常常无法对全区域以及无限大小的区域进行覆盖，因此相对定位对于保障系统的稳健性具有无可替代的作用。相对定位方法中，视觉里程计和激光雷达利用周围环境信息进行航位递推和估计，而系统稳定性通常因周围环境的变化而无法保证。惯性导航系统是一种全自主且不受周围环境影响的相对定位方法，常用于机器人位姿推算和估计。但惯性器件的观测误差会造成系统定位误差会随时间不断累积，导致其短时间内导航精度迅速下降。由此可见，目前的相对室内定位方法存在导航精度较低的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于双MEMS-IMU的室内轮式机器人相对定位方法，用以解决或者至少部分解决现有技术中室内相对定位方法存在导航精度较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，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，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。