[发明专利]一种基于同步定位与地图构建技术的机器人设备校准方法

说明书

本发明中提出的一种基于同步定位与地图构建技术的机器人设备校准方法，其主要内容包括：获取姿势转换、运动与求解参数之间的关系、离线机器人‑同步定位与地图构建(SLAM)设备校准、在线位置调整，其过程为，先获取机器人和SLAM装置之间的相对位置和方向，然后分别考虑水平旋转、垂直旋转、向前运动与求解参数之间的关系，接着使用双向旋转校准和使用水平移动和SLAM设备的高度的辅助信息校准，最后用在线位置校准方法校准机器人和SLAM设备之间的相对位置。本发明通过调整机器人和设备的相对位置和方向，从而保持设备‑机器人外部环境信息的一致性，减少导航期间发生的动态错误，提高了导航定位的精度。

技术领域

本发明涉及机器人导航领域，尤其是涉及了一种基于同步定位与地图构建技术的机器人设备校准方法。

背景技术

随着科学技术的进步和智能控制系统的发展，机器人技术取得了巨大的进步。机器人技术的快速提升为自动化工业、智能化家用电器、未来超市等高新技术产业的发展带来更大的可能。然而，机器人导航技术是现在机器人发展的瓶颈之一。许多地面机器人常常需要在各种场景中自主执行任务，如家庭机器人(扫地机器人等)、物流仓储机器人(用于在仓库拣货和分区放置货物)、送餐机器人等，这些机器人都需要在完全未知环境中创建地图，同时利用地图进行自主定位和导航。现有的机器人导航技术没有考虑对机器人动作自由的限制，使得机器人导航时误差逐渐增大，无法在离线状态下进行自主定位和校准，因此限制了它们的应用。

本发明提出了一种基于同步定位与地图构建技术的机器人设备校准方法，先获取机器人和SLAM装置之间的相对位置和方向，然后分别考虑水平旋转、垂直旋转、向前运动与求解参数之间的关系，接着使用双向旋转校准和使用水平移动和SLAM设备的高度的辅助信息校准，最后用在线位置校准方法校准机器人和SLAM设备之间的相对位置。本发明通过调整机器人和设备的相对位置和方向，从而保持设备-机器人外部环境信息的一致性，减少导航期间发生的动态错误，提高了导航定位的精度。

发明内容

针对无法在离线状态下进行自主定位和校准的问题，本发明的目的在于提供一种基于同步定位与地图构建技术的机器人设备校准方法，先获取机器人和SLAM装置之间的相对位置和方向，然后分别考虑水平旋转、垂直旋转、向前运动与求解参数之间的关系，接着使用双向旋转校准和使用水平移动和SLAM设备的高度的辅助信息校准，最后用在线位置校准方法校准机器人和SLAM设备之间的相对位置。

为解决上述问题，本发明提供一种基于同步定位与地图构建技术的机器人设备校准方法，其主要内容包括：

(一)获取姿势转换；

(二)运动与求解参数之间的关系；

(三)离线机器人-同步定位与地图构建设备校准；

(四)在线位置调整。

其中，所述的同步定位与地图构建(SLAM)技术，将实时三维感测装置称为“SLAM装置”；SLAM设备具有传感、映射外部环境和实时估计自身位置和姿态的功能；由于机器人本身只知道内部状态，并且必须通过SLAM设备获取环境中的位置和方向；照相机和机器人手臂之间的校准被称为手眼校准；

在系统中，使用了地图坐标系、“SLAM设备”坐标系、SLAM设备所安装的机器人框架的“头部”坐标系以及接触地板的机器人部分的“脚部”坐标系；为方便起见，SLAM设备所连接的机器人框架的坐标系统称为“头部”；

处理一个未知旋转和平移的6-DoF(自由度)参数；将机器人前进的方向设为x，将机器人的垂直方向设为z；t_x，t_y，t_z是沿x、y、z轴的平移参数，并且滚动、倾斜、旋转分别是围绕轴x、y、z的旋转参数。