[发明专利]一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法

权利要求书

1.一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，包括设置于机器人内的MCU，与MCU连接的激光测距模块、陀螺仪、机器人左右行动轮；其特征在于，所述机器人至少一侧面设置激光测距模块，且机器人左右行动轮内分别设有与MCU连接的里程计模块；

其定位方法包括以下步骤：

步骤1，开机以当前点为原始坐标建立坐标系，机器人的激光测距模块不断测量障碍物距离，陀螺仪模块不停积分计算角度；

步骤2，根据机器人行走的距离确定机器人当前坐标，机器人直线行走或曲线行走；

具体为机器人直线行走时，t1时刻，机器人的坐标为（x1，y1，ɵ1），其中ɵ1为机器人在t1时刻陀螺仪模块计算出的角度；t2时刻陀螺仪计算出的角度为ɵ2，根据机器人左右行动轮内的里程计模块获得t1时刻与t2时刻之间的机器人移动的距离d，则t2时刻的坐标(x2,y2, ɵ2)，且计算公式如下：x2 = x1+d*cos(ɵ2)，y2=y1+d*sin（ɵ2）；若机器人曲线行走，曲线行走是将每一个短距离直线行走的积分过程，只需将多个短距离直线行走的过程积分即可得到曲线行走的机器人当前坐标；

步骤3，根据步骤2中得到的机器人当前角度坐标，机器人侧面激光测距模块测得与障碍物的距离dr、激光测距模块与机器人正前方的夹角ɵr、机器人的半径R，计算出障碍物的坐标（xr，yr）；并在接下来的运动中获得障碍物的曲线函数；

具体的计算公式为：当前机器人坐标为(x2,y2)，当前角度为ɵ2，

x r= x2+(R+dr) * cos(ɵ2 +ɵr)

y r= y2+(R+dr) * sin(ɵ2+ ɵr)

步骤4，机器人在T1时间运动的过程中按照第3步骤计算出的障碍物的集合{(xr1,yr1), (xr2,yr2), (xr3,yr3)…}，得到障碍物的曲线函数y = f(x)；机器人在T2时间运动的过程中不断的扫描障碍物同样按照第3步骤得到障碍物曲线函数y=f2(x)；

T2时间，如果机器人回到T1时刻扫描出的障碍物y=f(x)的附近，且机器人的与障碍物y=f(x)的距离在激光的测距范围内，则T2时刻的障碍物曲线y=f2(x)与y=f(x)可能为同一障碍物，通过最小二乘法对曲线y=f2(x)和y = f(x)做曲线拟合，如果曲线拟合成功，则为同一障碍物，可计算出曲线y=f2(x)与曲线y = f(x)的偏差，该偏差即为机器人T2时刻坐标与T1时刻坐标的偏差，即可修正机器人T2时刻的坐标，还可计算出障碍物曲线的旋转角度，从而修正T2时刻陀螺仪数据。

2.根据权利要求1所述一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，其特征在于，所述机器人两侧面均设置激光测距模块。

3.根据权利要求1或2所述一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，其特征在于，所述机器人正前方设置激光测距模块。

4.根据权利要求1所述一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，其特征在于，所述步骤4中机器人的运动方式为水平移动。

5.根据权利要求1所述一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，其特征在于，所述步骤4中机器人的运动为原地旋转。

6.根据权利要求4所述一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，其特征在于，所述机器人采用弓字行走路线。

7.根据权利要求1所述一种采用测距激光扫描建图的机器人室内定位方法，其特征在于，所述机器人正前方设有激光测距模块，在步骤2中，机器人在直线行走的时候，正前方的激光测距模块测量前部障碍物的距离，通过距离的变化修正里程计的数据，得到准确的当前机器人坐标；

算法如下：t1时间测量到障碍物的距离为s1；t2时间，测量到障碍物的距离为s2，t1到t2时刻里程计测量到的距离为d；则t1到t2时刻机器人移动的距离d21 = d * (1-k) +(s1-s2)*k；其中k为激光测距模块计算值的信任度，值0 ~ 1之间；1表明100%信任激光测距模块，0表示不信任测距模块；k的值根据卡尔曼滤波算法或二阶滤波算法结合传感器数据计算出最优值。