[实用新型]一种机器人室内定位系统

说明书

本实用新型公开了一种机器人室内定位系统，包括依次相连设置在可移动机器人上的惯性传感器，传感器控制模块和上位机以及视觉传感器；当机器人移动时，惯性传感器实时产生惯性数据，视觉传感器实时采集场景图像；传感器控制模块与惯性传感器相连接，用于对惯性传感器进行运行控制及数据的收发工作，上位机与传感器控制模块相连接，用于对所获取的数据进行处理，上位机还与视觉传感器连接通信，用于获取采集的图像并进行处理，惯性传感器与视觉传感器用于对机器人的移动轨迹进行定位与跟踪。本实用新型结合两类传感器的优点，具有较高鲁棒性，并可对场景进行三维重建，整体定位精度较高且硬件搭建简单、灵活，具有较高实用价值。

技术领域

本实用新型涉及一种机器人室内定位系统。

背景技术

机器人要能正常使用于实际生活中，除了复杂的机械制造、驱动装置、控制系统以外底层的算法是其智能化的核心所在。机器人的关键技术是能够实现自主导航定位功能，尤其是机器人在真实环境中进行移动工作时，至少需要知道关于自身的三件事：“我在什么地方”、“我的周围是什么样的”，“我要怎么样才能到达指定的地点”。

视觉传感器是最接近人类获取外界图像的方式，通过视觉传感器(一般为相机)能够给机器人提供丰富的环境特征信息，而且相机的数据不会有漂移。通过特征匹配算法可以求得两帧之间相机运动状态，并且还可以对三维环境信息进行重建。但是，当场景区域纹理少或者相机运动过快时，都会导致相机获取的图像，进行特征匹配时造成误匹配率过高或者匹配失败，从而使计算出的位姿信息出现错误，并且难以用于场景的三维重建。

惯性传感器进行定位可以提供一个较好的初始运动状态，并且惯性传感器可以提供重力方向。但是只使用惯性传感器进行定位时，对于短时间内惯性传感器的定位精度较高，但长时间的定位会使得结果出现过度的漂移，一般的惯性传感器对于角度的测量漂移相对于时间呈线性关系，而对于位置的测量漂移相对于时间呈现平方级别的变化。

公开号CN107560613A的发明申请公开了一种基于九轴惯性传感器的机器人室内轨迹跟踪系统及方法，其中方法包括为使用引入PI控制算法，利用陀螺仪计算出的姿态矩阵，对加速度计和磁力计测量值进行坐标系转换，转换时产生的转换误差，可以用来修正姿态矩阵，从而提高整体的定位精度。该方法有以下几个缺点：1)定位结果长时间计算存在累计误差；2)只依赖惯性传感器数据，对于电磁干扰强度大的环境下，惯性数据不可靠；3)只能对机器人的轨迹进行跟踪，而不能对环境地图进行重建，无法满足机器人进行导航定位时对环境地图的需求。

为了提高机器人室内定位的精度和满足机器人导航定位时对环境地图的需求，融合惯性传感器和视觉传感器两者的优点来提高定位算法的精度和鲁棒性能，并且能够重建出场景的三维地图。

发明内容

本实用新型的目的是为了提高机器人室内定位的精度和鲁棒性能以及场景的三维地图，提供一种机器人室内定位系统及定位方法。

本实用新型采用由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计组成的九轴惯性传感器作为惯性传感器模块。引入基于四元数的坐标系旋转关系描述方法，使用三轴加速度计和三轴磁力计的输出值来修正三轴陀螺仪的输出值，以获得精确的旋转关系。精确的旋转关系中还包含机器人的运动方向信息。并对获取的三轴加速度值进行坐标系转换以及去除重力处理，将处理后的三轴加速度值进行积分运算可获得机器人移动过程中的速度信息。采用一种静止时期(即零速点)判断方法，用于检测出机器人移动过程中的静止时期，结合判断出的静止时期对速度进行修正，对修正后的速度再次进行积分运算则可获得机器人移动过程中的位移信息。