[发明专利]一种机器人基于视觉角度纠正惯性角度的导航方法

说明书

本发明公开一种机器人基于视觉角度纠正惯性角度的导航方法，在移动机器人短时间行走的过程中，只是利用陀螺仪的数据完成纯惯性导航，并对陀螺仪的角度与摄像头采集获取的机体角度的差值进行低通滤波处理以获得长时间保持稳定状态的滤波角度纠正值，等到移动机器人花费一段较长时间遍历完相应房间区域内的预设规划路径时，将对应最新的采样时刻下获得的滤波角度纠正值反馈到未遍历房间区域内的预设规划路径上采集计算得到的视觉初始导航角度中以实现积累误差的补偿，能够克服长时间的惯性导航积累的偏移误差问题，从而使得机器人的导航角度保持长时间高精度，保证移动机器人在短时间和长时间行走的路径都不会偏。提高机器人导航的实时性。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，特别是一种机器人基于视觉角度纠正惯性角度的导航方法。

背景技术

移动机器人通常使用陀螺仪测量得到的坐标和角度进行导航，或者使用视觉摄像头采集的姿态坐标和角度参数进行导航，但都存在缺陷，比如：当移动机器人只使用陀螺仪测量得到的坐标和角度进行导航时，陀螺仪测量得到的角度在短时间内是比较准确的，但是陀螺仪产生的漂移误差会随时间增长而增大，工作时间长后陀螺仪数据的精度会下降，导致长时间行走后的移动机器人所走出的路径会偏离预先规划的路径；当移动机器人只使用摄像头采集到的角度进行导航时，摄像头采集到的角度在短时间内会出现跳变，使得移动机器人单纯依靠视觉是没法准确地沿着预先规划的路径行走，尽管移动机器人在长时间工作后整体偏离程度不大并稳定在标准偏离值附近。

中国专利CN107063246A公开一种视觉导航/惯性导航的松散组合导航方法，定期利用视觉导航的位置以及速度信息对惯性导航参数进行校正，解决了惯性导航误差随时间累积的问题，但在修正过程中需要对视觉数据和惯性导航数据进行卡尔曼滤波以获取导航参数误差，建立的滤波误差方程比较复杂，另一方面，该专利的机器人需依赖图像特征点匹配的结果区分选择进行纯惯性导航还是组合导航，而机器人导航过程中容易出现图像特征点匹配失败，使得机器人反倒依赖纯惯性导航，总体上增加机器人导航的运行内存负载，降低机器人导航的实时性，进而影响整体系统在短时间和长时间内的导航精度。

发明内容

为了解决惯性导航角度误差随时间增长产生的偏移缺陷和视觉导航角度容易出现跳变的缺陷，本发明通过结合陀螺仪测得的角度和摄像头采集计算得到的角度的滤波处理结果，去纠正机器人行走时轨迹会出现偏移的情况。具体的技术方案如下：

一种机器人基于视觉角度纠正惯性角度的导航方法，包括：步骤1、根据移动机器人的摄像头采集的图像信息计算确定移动机器人的位置坐标和视觉初始导航角度，再在移动机器人的位置坐标和视觉初始导航角度的基础上，在室内工作区域内设置出预设规划路径，并将视觉初始导航角度与预设纠正角度差值的和值配置为用于移动机器人的陀螺仪的初始导航角度；步骤2、控制移动机器人开始沿着预设规划路径行走，使得移动机器人的陀螺仪在预设规划路径的起点位置处测得的角度等于初始导航角度；当移动机器人结束沿着预设规划路径行走时，控制移动机器人行走至预设的未遍历区域；其中，在移动机器人行走的过程中，每隔一个采样周期，对摄像头实时采集的图像信息中所计算确定的视觉采样角度和陀螺仪实时测得的惯性采样角度的差值进行低通滤波处理以获得滤波角度纠正值；步骤3、在移动机器人行走至预设的未遍历区域之后，将地图角度校正值与步骤2最新获得的滤波角度纠正值的差值，更新替换步骤1所述的预设纠正角度差值，然后重复前述步骤，直到移动机器人遍历完室内工作区域；其中，地图角度校正值是陀螺仪实时测得的惯性采样角度与实时构建的栅格地图中标记方向的角度差值。