[发明专利]基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法及系统

说明书

本发明公开的基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法及系统，属于室内移动轮椅导航技术领域。本发明提供一种基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法和一种基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航系统。本发明基于机器人操作系统ROS平台开发实现，包括室内融合定位子系统和智能导航子系统。所述ROS为UWB室内定位子系统和智能导航子系统的实施平台，并用于提供通讯机制、工具软件包以及库函数。本发明不仅能够提高室内智能轮椅定位精度和定位导航系统实时性，还能够利用强跟踪卡尔曼滤波器，使得轮椅在运动状态发生剧烈变化时依然能有较高的定位精度，并且室内智能轮椅高精定位自主导航系统具有可拓展性，方便用户根据个人需求进行拓展。

技术领域

本发明属于室内移动轮椅导航技术领域，具体涉及基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法及系统。

背景技术

随着当今社会生活环境智能化程度的提高，老人和残障人士等弱势群体对生活质量的要求也越来越高，智能轮椅的出现改善了他们的生活质量和生活自由度。当下社会老龄化问题严重，智能轮椅是提高老人生活质量的主要手段，同样对于残障人士来讲，智能轮椅能够帮助其进行一定范围的自由活动。智能轮椅关键技术是自主定位导航技术，要求能够精确反映轮椅当前位置，并规划出一条从当前位置到达目标点的安全快捷的路径。然而，目前现有的智能轮椅主要通过人为控制或者根据传感器信息半自主控制，并不能完全实现智能自主导航，特别是在室内封闭复杂环境中，由于接收不到GPS信号，无法做到室内精准定位，而常见的室内定位方法又不能满足智能轮椅的精度要求。

发明内容

针对现有技术室内智能轮椅导航技术存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法和一种基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航系统，不仅能够提高室内智能轮椅定位精度和定位导航系统实时性，还能够利用强跟踪卡尔曼滤波器，使得轮椅在运动状态发生剧烈变化时依然能有较高的定位精度，并且室内智能轮椅高精定位自主导航系统具有可拓展性，方便用户根据个人需求进行拓展。

本发明目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法，所述ROS为机器人操作系统(Robot Operating System，ROS)，利用超带宽UWB(Ultra Wide Band)定位技术结合基于信号飞行时间的定位算法TOF(Time of Flight)，与惯性测量单元IMU(Inertial Measurement Unit)融合搭建室内融合定位子系统；在解算出标签到基站的距离以及IMU惯导解算位置(x^IMU,y^IMU)，对(x^IMU,y^IMU)与标签到各个基站的距离进行强跟踪卡尔曼滤波，获得(x^IMU,y^IMU)的误差，将(x^IMU,y^IMU)减去误差值，即获得轮椅的准确位置(x,y)；在ROS系统中将高精定位信息通过UWB节点以坐标系变换TF(Coodinate FramesTransforms)消息的形式发布；在ROS系统中的节点中通过订阅UWB高精定位数据和目标点信息在栅格地图上生成一条从当前位置到目标点的安全路径。智能导航子系统接收新的定位信息，并根据当前所在位置生成新的通往目标点的路径，即基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航。

本发明公开的一种基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航方法，包括如下步骤：

步骤一、构建栅格地图并生成代价地图，在机器人操作系统ROS(Robot OperatingSystem)中以消息的形式发送，并被节点订阅，从而被定位及路径规划部分调用。

为了提高基于ROS的室内智能轮椅高精定位自主导航系统兼容性，作为优选，步骤一中，在机器人操作系统ROS中以map消息的形式发送，并被move_base节点订阅。