[发明专利]一种移动机器人组合惯性导航系统及方法

权利要求书

1.一种移动机器人组合惯性导航系统，其特征在于，包括两个安装在移动机器人上的能满足常速修正信息条件的从动仿步态结构，以及安装在所述从动仿步态结构上的至少两个惯性导航器件；还包括一个安装在移动机器人机架上的惯性导航器件；

两个从动仿步态结构轮流接触地面并在一定的时间范围相对于地面保持静止；分别安装在所述两个从动仿步态结构上的两个惯性导航器件能够利用相对地面静止的瞬间完成常速修正信息；安装在移动机器人机架上的惯性导航器件通过所述两个惯性导航器件的修正结果进行运算得到导航信息；

所述从动仿步态结构包括滑块约束支架、沿滑块约束支架上下运动的滑块和连接在滑块上的齿轮固定机构，在滑块上设有与齿轮固定机构连接的啮合柱，在滑块的下方设有地面接触头。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人组合惯性导航系统，其特征在于，所述啮合柱沿滑块水平间隔分布，所述齿轮固定机构上铰接有与所述啮合柱啮合的齿轮，齿轮固定机构一端连接在移动机器人上。

3.根据权利要求1所述的一种移动机器人组合惯性导航系统，其特征在于，所述滑块通过竖直导槽沿滑块约束支架做竖直运动。

4.根据权利要求1所述的一种移动机器人组合惯性导航系统，其特征在于，所述滑块约束支架通过滑块水平移动约束支架固定在移动机器人支架上。

5.根据权利要求1所述的一种移动机器人组合惯性导航系统，其特征在于，所述惯性导航器件包括陀螺仪和加速度计，两个安装在从动仿步态结构上的陀螺仪和加速度计分别与地面呈45°角安装在滑块上；安装在移动机器人机架上的惯性导航器件与所述两个惯性导航器件相连接，从动仿步态结构上两个惯性导航器件采集的信息进行常速修正，根据实际需要可以将常速修正结果传输到机架上的惯性导航器件中，通过比较计算进行进一步修正，计算得到修正结果。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述系统的移动机器人组合惯性导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)机器人移动时，通过链条带动齿轮转动，进而带动从动仿步态结构轮流接触地面并在一定的时间范围相对于地面保持静止；

2)通过惯性导航器件中的加速度计和陀螺仪同时进行数据采集，并计算加速度的模值和陀螺仪的幅值，采用零速检测算法进行计算；

3)将计算结果与给定的阈值进行比较，如果均不大于阈值则可判定为从动仿步态结构处于与地面接触状态；如果有数据输出则返回继续循环此过程，如果无数据输出则判定为机器人停止移动。

7.根据权利要求6所述的导航方法，其特征在于，所述零速检测算法包括：

21)同时利用加速度计和陀螺仪的输出进行零速点检测，然后通过惯性导航器件进行竖直方向震动产生的数据采集并修正；

加速度矢量的模值为：

其中，|A(k)|表示k时刻加速度矢量和，a_x(k)²、a_y(k)²、a_z(k)²分别表示k时刻惯性导航器件在不同方向上加速度计输出值；

22)当|A(k)|≤T_max时，认为从动仿步态结构相对于地面静止；其中，T_max为加速度矢量模的阈值；

23)当横向陀螺仪输出角速率绝对值满足|ω_y(k)|≤T_ω时，认为从动仿步态结构相对于地面静止；其中，|ω_y(k)|表示k时刻横向陀螺仪输出的绝对值，T_ω为角速度阈值。