[发明专利]一种煤矿蛇形探测机器人定位方法

说明书

本发明公开了一种煤矿蛇形探测机器人定位方法，包括步骤：一、定位模型的建立；二、初始位姿的检测；三、当前位姿的确定。本发明所提出的煤矿蛇形探测机器人定位方法简单，克服了传统的煤矿蛇形探测机器人在定位时由于考虑到巷道地面环境参数的变化而导致机器人姿态、速度和位置误差，从而降低定位精度的不足；能解决在未知煤矿井下巷道环境中的蛇形探测机器人相对定位，定位精度高，实时性好，自主性强，便于在封闭式复杂环境下推广使用。

技术领域

本发明涉及机器人定位技术领域，尤其是涉及煤矿蛇形探测机器人定位方法。

背景技术

移动机器人的定位是实现其自主能力的前提，是机器人完成预定任务如路径规划、导航的基本保障。定位是指机器人在二维或三维工作空间内确定其自身相对于全局坐标系的位置和姿态。目前，机器人的定位技术可分为相对定位、绝对定位和组合定位三种方法。

相对定位的原理是在给定机器人初始位姿的基础上，通过测量机器人相对于初始位置的距离和姿态确定机器人当前的位姿；该方法包括航迹推算定位和测程法两种。航迹推算的优点是实现相对定位不需要依赖外界环境信息，只需通过本体感受传感器如陀螺仪、编码器等来测量机器人相对初始位姿的位移和姿态，具有灵活性和良好的自主性，不足之处是由于该方法在推算过程中隐含了累积误差，因此，随时间距离增加，航迹误差在不断累积，故该方法不适合长距离定位；测程法是根据相对参考特征的测量信息来算出机器人的实时位置和姿态，该方法的优点是定位误差不随时间累积，不足是实现机器人的定位需要依赖参考特征信息，而参考特征信息同样存在误差累积现象。

绝对定位的原理是根据全局坐标系和参考点以及机器人相对参考点之间的位姿关系，确定在全局坐标系内机器人的位置和姿态，该方法依赖于工作空间环境信息，如GPS信息、导航路标或信标、地图匹配等，绝对定位的优点是定位精度高，定位误差不随时间累积。不足是需要的硬件成本和维护成本高，当机器人无法提前获取环境参考信息时，该方法失效。

组合定位就是将上述两种定位方法相结合，取长补短，通常采取信息融合的方法将二者结合以提高移动机器人定位精度；目前，采用多种传感器如惯性传感器等相结合、基于视觉和图像定位、即时定位与地图构建(Simultaneous localization and mapping，SLAM)等组合定位方法被广泛应用在移动机器人定位中。

机器人定位系统的准确性和稳定性决定了机器人实现其它行为动作的能力，灾后煤矿井下环境为封闭式非结构化环境，其特点在于不能接收外界无线电信号，无法实现类似GPS的全局卫星定位，加之井下内部环境激励干扰大，可用环境信息少。由于定位方法的不同，定位传感器被分为相对定位传感器和绝对定位传感器。相对定位传感器又称为本体感受传感器，常用的包括陀螺仪、编码器、里程计及惯性导航传感器等，其中，陀螺仪是机器人定位的关键部件，用于测量机器人的姿态角；绝对定位传感器又称为外部传感器，常用的包括测距传感器和视觉传感器等。由于传感器都存在检测误差，因此，要对传感器数据进行滤波剔除误差，以提高机器人的定位精度。传统的传感器数据滤波算法主要包括卡尔曼滤波算法、小波去噪算法、基于误差模型的处理方法等，但是，现有技术中依然存在这定位的自主性差、定位精度低的缺陷和不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿蛇形探测机器人定位方法，其实现简单，能解决在未知煤矿井下巷道环境中的蛇形探测机器人相对定位，定位精度高，实时性好，自主性强，便于在封闭式复杂环境下推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿蛇形探测机器人定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、定位模型的建立：采用对煤矿蛇形探测机器人运动轨迹曲率与航向角进行推算的方法，建立煤矿蛇形探测机器人在转向时和直线行走时的定位模型；