[发明专利]一种自行走设备的初始粗对准方法和自行走设备

说明书

本发明公开了一种自行走设备的初始粗对准方法和自行走设备，主控模块根据导航模块的信息，通过行走模块控制机器人进行直线行走。在直线行走过程中，不停获取IMU模块输出的航向角和GPS模块输出的航向角。将IMU模块输出的航向角和GPS模块输出的航向角分别计算均值，并判断数据稳定性。当根据IMU模块数据判定机器人处于直线行走状态，且GPS模块的数据量达到设定要求时，进行偏差角度的计算。若中间出现数据不稳定的情况，则重新开始判定过程。本发明对准方法避免了复杂的矩阵运算，且对外部基准源(GPS)测量精度没有太高要求。

技术领域

本发明属于设备控制技术领域，具体涉及一种自行走设备的初始粗对准方法和自行走设备。

背景技术

不论是在割草机器人中，还是在其他的导航应用中，获取惯性器件(IMU)输出的航向角度与正北的夹角，都是实现精确定位的前提条件之一。常用的方法有：1.使用磁力计测量输出；2.使用IMU输出的原始信息计算姿态矩阵，进而解算角度；3.采用精确的外部基准源，将基准源和IMU输出做差得到偏差角。第1种方法，磁力计易受周围环境和磁场变化的影响，第2种方法要求IMU必须输出原始信息，且涉及到矩阵运算导致运算量大，并且对IMU的测量精度也有要求，第3种方法比如使用GPS差分技术获取准确的基准，缺点就是硬件成本高。

发明内容

针对初始粗对准中获取IMU航向角与正北夹角的不足，本发明提出了一种简单、实用的自行走设备的初始粗对准方法和自行走设备。

为实现以上目的的技术解决方案如下：

一种自行走设备的初始粗对准方法，所述自行走设备包括主控模块、行走模块和导航模块，所述导航模块包括IMU模块和GPS模块，所述方法包括以下步骤：

步骤一：IMU模块将航向角信息发送给主控模块，主控模块将保存为初始方向并初始化设备进行距离s＝0、IMU信息输出数量k_I＝0、GPS信息输出数量k_G＝0；

步骤二：主控模块通过行走模块控制自行走设备行走，IMU模块将最新航向角信息发送给主控模块并保存上一次的航向角信息GPS模块获取航向角信息并保存上一时刻输出的航向角信息

步骤三：导航模块根据及k_I计算和更新IMU模块输出的第一航向角均值导航模块根据及k_G更新GPS模块输出的第二航向角均值

步骤四：判断IMU模块的数据是否稳定，若不稳定则从第步骤一重新开始,若稳定则累加并存储IMU模块信息输出数量k_I，判断GPS模块的数据是否稳定，若不稳定则从第步骤一重新开始,若稳定则累加并存储GPS模块信息输出数量k_G；

步骤五：当设备进行距离s大于预设值s_min且k_G大于预设值则认为满足粗对准条件，计算IMU航向角与正北的夹角

进一步地，所述步骤二中自行走设备行走过程中行走模块(2)调整设备前进方向，使保持在范围内,并累计设备前进距离s。

进一步地，所述行走模块(2)包括行走电机。

进一步地，所述步骤二中自行走设备行走过程中保持直线行走。

进一步地，步骤三中的第一航向角均值和第二航向角均值的计算方法为：输入当前数据，判断当前输入的数据量是否大于1，若不大于1则将均值设为当前数据，若大于1则计算当前数据与当前均值的差值，用所述差值除以数据数量后加上当前均值得到最新均值。

进一步地，所述步骤四中判断IMU模块(4)和GPS模块(5)的数据是否稳定的方法为：计算当前数据与当前均值的差值以及当前数据与上一次数据的差值，判断当前数据与当前均值的差值以及当前数据与上一次数据的差值是否均小于预设值，若否则认为数据不稳定，若是则认为数据稳定。