[发明专利]基于激光传感器的多移动机器人位姿测定方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种基于激光传感器的多移动机器人位姿测定方法。

背景技术

    导航是移动机器人所要求的最具有挑战性的能力之一。导航的成功需要四个模块：感知，定位，认知，运动控制。其中，定位是移动机器人导航最基本的环节，也是完成导航任务首先必须解决的问题。

    对多机器人系统来说，定位问题是核心问题也是必须首先解决的问题。实时、精确的定位是提高多机器人协调性、相互合作性能的关键。但是单独依靠机器人自身的传感器来推算机器人的位置是很难实现多机器人的高度协调性，必须依靠外部传感器来进行精确定位。激光测距器由于在距离范围和方向上具有较高的精确度，与其他距离传感器相比，能够同时考虑精度要求和速度要求，而且不受光照的影响，所以在移动机器人的导航定位中得到了广泛的应用。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种基于激光传感器的多移动机器人位姿测定方法，能迅速、准确地识别确定多个机器人位置和姿态，分别给机器人或者上位控制系统提供位姿信息，实现多移动机器人轨迹跟踪和精确定位。

    为达到上述目的，本发明的构思是：本发明利用激光传感器扫描区域内的以一定形状为标识的移动机器人，将测量数据通过接口传输到计算机上，通过数据处理算法进行数据处理，提取属于机器人的形状特征，同时结合机器人前一时刻的位姿，实时计算机器人当前位姿数据。可以根据实际应用需要设置和改变激光传感器的属性和算法的参数，便于实时观察和将本发明应用于不同的需求环境。本发明可以满足大部分移动机器人的测量及精度的需要，同时对环境要求比较低，标定简单， 通过无线通讯网络实时向机器人发送其位姿数据，可以实现多移动机器人的精确位姿测量。

    根据上述发明构思，本发明采用的技术方案如下：

    一种基于激光传感器的多移动机器人位置测定方法，其特征在于操作步骤如下：

1）  使用激光传感器进行区域扫描，得到N个离散的数据点                                                ，通过：

 及计算得到机器人在全局坐标系下的参数。其中，是第个点在以激光传感器为原点的极坐标系中的坐标；是第个点在以激光坐标系为原点的平面坐标系中的坐标；是第个点在全局坐标系中的坐标；是激光传感器在全局坐标系中的坐标参数；

2）  根据步骤1)的处理数据，对移动机器人进行矩形特征识别，提取出机器人矩形特征的两条边；

3）  根据步骤2)提取的机器人特征，按照扫描到机器人矩形特征的一条边还是两条边两种情况来分别计算出机器人特征边的中点，进而计算出机器人的中心位置坐标；

4）  对步骤2)的特征线段进行线性拟合后，得出倾斜角，通过实时跟踪及比对记录数据，计算出机器人的当前角度参数。

    所述步骤2)和3)的处理和计算，提取机器人矩形特征边和计算机器人的中心位置的方法如下：

1)        对离散的数据点进行聚类处理，计算第一个点和第二点的距离，如果小于预设的范围内，就把第一点和第二点加入到暂存链表中，否则将第二点加入暂存链表中；从第二点开始计算与下一点的距离，只要满足公式，就将下一点加入暂存链表中；如果不满足，对暂存链表中数据点的个数进行判断，如果大于就加入类链表中，否则，清空暂存链表，将下一点存入其中；直到所有的数据点检验完毕；通过选择合适的和将数据点聚合为两类；

     其中：为预设的范围判断值，为阈值；

2)        激光传感器扫描矩形时，可能扫描到一条边或两条边；对于扫描到一条边的则直接提取线段特征点进行线性拟合，而对于扫描到两条边的首先用IEPF算法进行分割，然后进行拟合；

3)        利用最小二乘法将数据点拟合成形式为的直线，其中：

通过求出数据点的平均中心；

通过求出首末两点的中点；求出上述两个中心的距离；求出投影到拟合线段上的近似值，为拟合直线和首尾两点间所成直线的夹角；把平均中心沿拟合直线方向移动的距离，得到特征线段的几何中心：

，其中：为拟合直线的倾斜角；