[发明专利]全向轮里程校准方法及机器人

说明书

本发明公开了一种全向轮里程校准方法，包括：直线校准，所述全向轮通过直线运动进行校准；旋转校准，所述全向轮通过旋转运动进行校准；误差验证，所述全向轮通过沿预设的具有回路的轨迹运动对所述直线校准和旋转校准的结果进行误差验证；若所述误差验证的结果满足预设精度要求，则判定所述直线校准和旋转校准的校准成功。本发明解决了目前机器人领域缺少对于全向轮系统里程校准方法的问题，提高了机器人的实际运行精度。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是一种全向轮里程校准方法及机器人。

背景技术

里程校准，是一种在轮式机器人导航时需要用轮子编码器进行积分运算并实时输出机器人当前的估计位置的方法。里程计的精确度受到多方面因素的影响，主要包括系统误差和非系统误差，系统误差包括：轮子半径误差、轴对齐误差、轮子轴距误差、编码器采样率等；非系统误差包括：接触面、障碍物、轮子打滑等。目前，双轮差速底盘主要使用1994年由J.Borenstein and L.Feng提出的UMBmark校准方法，该方法分析了两轮差速底盘的系统误差和非系统误差。请参阅图1，图1为UMBmark校准方法中双轮系统的结构示意图，其中两个轮子中心轴距为B，轮子直径为D，两个轮子的内侧为一对电机，以底盘中心建立底盘右手坐标系。

UMBmark校准方法分析的差速底盘的系统误差包括两种，左右轮子的比例误差和两个轮子之间的轴距误差，UMBmark校准方法为分别按顺时针方向和逆时针方向沿预设的正方形轨迹运动一周，计算出机器人起始点和终点位置差值，进而由此计算出左右轮子的比例误差因子和轮子之间的轴距误差因子，对两轮差速底盘进行校正。

然而全向轮与传统的双轮结构相比有明显的区别，全向轮能够沿不同的方向进行移动，且全向轮与地面接触时弹性形变较小，将全向轮应用于机器人时能极大的提升机器人的运动性能。但是目前对于全向轮，尚没有一种系统的校准方法。

发明内容

本发明主要提供一种全向轮里程校准方法，用于解决现有技术中缺少全向轮里程校准方法的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种全向轮里程校准方法，包括以下步骤：直线校准，所述全向轮通过直线运动进行校准，所述全向轮为三轮系统，所述直线校准的目标是所述轮子的直径，所述直线校准的步骤具体包括：所述全向轮于初始位置处旋转角度θ＝0且ΣΔU_1,i＝-ΣΔU_2,i，所述全向轮直线运动的里程L₀表示为：

测量所述全向轮的起始坐标(x₀,y₀)和终点坐标(x₁,y₁)，并依据下式对所述轮子直径D进行校准：

旋转校准，所述全向轮通过旋转运动进行校准，旋转校准的目标是所述轮子到所述三轮系统中心的距离，所述旋转校准的步骤具体包括：测量所述三轮系统旋转一段时间后的角度累计里程值θ，依据下式对所述轮子到所述三轮系统中心距离L进行校准：误差验证，所述全向轮通过沿预设的具有回路的轨迹运动对所述直线校准和旋转校准的结果进行误差验证，所述具有回路的轨迹为正方形轨迹，所述误差验证的步骤具体包括：所述全向轮分别按顺时针方向和逆时针方向沿预设的正方形轨迹运动一周，每运动一周测量所述三轮系统中心的起始坐标(x₀,y₀)和终点坐标(x₄,y₄)，依据下式对所述三轮系统进行误差计算并对校准方法的精度进行判定：

x₄＝x₀-2L_eα

y₄＝y₀+2L_eα