[发明专利]基于直行路口检测的移动机器人航迹推算修正系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人的定位技术领域，尤其涉及一种基于直行道路路口检测的移动机器人航迹推算修正系统及方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域，其中移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。移动机器人从工作环境上来说包括室内移动机器人和室外移动机器人，基于室外环境下移动行驶的机器人已经应用到智能交通系统和军队作战系统中，在智能交通系统中，移动机器人可以显著提高汽车行驶的安全性，在军队作战系统中，移动机器人在侦查监视、警戒巡逻、定位引导、特种作战、物资运输等方向上发挥着越来越重要的作用。移动机器人的研究中涉及许多方面，其中一种准确可靠的定位导航技术对其发展至关重要。

移动机器人研究中非常关键的一项是如何定位自身的位置。目前大部分机器人使用的是基于卫星的导航定位技术进行定位，它是一种以空间卫星为基础的高精度导航与定位系统，能够实施全球性、全天候、实时提供高精度的三维位置、速度、时间信息，但当机器人在城市高楼区、林荫道、立交桥或者峡谷隧道中移动时，由于卫星信号受到遮挡，卫星导航系统的接收机无法给出定位解或者定位精度很差。要得到连续可靠的定位信息就需要其他辅助手段。目前普遍采用的补偿手段是采用航迹推算，但容易受到标定误差、车轮和地面接触不良、漂移等因素的影响，误差会随着时间的累积不断增大，因此需要一种新型、可靠、准确度高的导航定位技术。

发明内容

本发明的目的是为了提高移动机器人的航迹推算位置的准确度，提供一种基于直行道路路口检测的移动机器人航迹推算修正系统，通过对道路路口斑马线的检测、分析、处理，结合电子地图数据对移动机器人航迹推算进行修正，方法简单，准确率高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于直行路口检测的移动机器人航迹推算修正系统，包括移动机器人航迹推算单元和航迹推算修正单元；

所述移动机器人航迹推算单元包括安装于机器人上的里程计、惯性导航传感器和航迹推算模块；所述里程计用于采集移动机器人的行驶距离，所述惯性导航传感器实时输出机器人的惯导航向，所述航迹推算模块用于推算移动机器人的行驶轨迹和定位点；

所述航迹推算修正单元包括安装于机器人上的相机、路口检测模块和修正模块；所述相机用于对移动机器人前方道路环境进行采集；所述路口检测模块用于对路口检测到的数据进行分析、处理，判断是否为斑马线，并向把信息传送到修正模块；所述修正模块用于对路口检测模块传递的数据和电子地图数据进行处理，对航迹推算得到数据进行修正，计算出移动机器人的航迹推算修正位置。

优选地，所述里程计由左、右两个轮速传感器组成，分别安装在机器人后轮的左右轮毂上，并通过车轮转动带动轮速计编码器进行计算得到距离数据。

本发明还提供一种采用上述权利要求所述系统的移动机器人航迹推算修正方法，包括如下步骤：

1)启动移动机器人，获取里程计和惯导传感器的数据；

2)通过获取里程计和惯导传感器的数据，对移动机器人的行驶轨迹进行航迹推算；

3)通过相机对移动机器人前方环境进行数据采集，通过路口检测模块判断是否为斑马线，并把数据传送到修正模块，结合电子地图数据对移动机器人航迹推算获取的位置进行修正。

进一步地，步骤2)中，所述航迹推算的具体步骤为：

21)以移动机器人的起点(x₀,y₀)为原点，设置局部坐标系，将GPS经纬度坐标和航迹推算坐标转换为局部坐标系坐标，并以正北方向作为Y轴正方向，正东方向作为X轴正方向；

22)通过里程计获取行驶距离，通过惯导传感器获取机器人的实时航向，采用通过三角函数法计算得到移动机器人的初始坐标(x_dr,y_dr)，具体公式如下：

其中：

θ_k-1为惯导在k-1时刻输出的航向信息，△d_r、△d_l分别为里程计中左轮和右轮在采样时间内获得的里程偏差，d_width为机器人的轮距，θ_s、θ₀分别为惯导的安装偏差和零点输出偏差。

优选地，步骤21)中，所述坐标系转换的具体方法为：