[发明专利]一种巡检机器人的组合定位方法

说明书

本发明公开了一种巡检机器人的组合定位方法，包括步骤：(1)在巡检机器人上安装惯性传感器及RAC传感器，在巡检机器人底盘上安装轮速计；(2)巡检机器人以恒定速度运动，并实时获取惯性传感器、RAC传感器及轮速计的数据；(3)分别将轮速计采集得到的机器人运动速度、RAC传感器得到的机器人位置信息作为误差观测量，并构建基于误差状态量的卡尔曼滤波器，最终实现巡检机器人的组合定位。本发明的巡检机器人组合定位方法采用了低成本、分米级定位精度用来解决激光雷达在一些极端工况下定位性能降低的问题，进一步提升了巡检机器人系统的定位稳定性。

技术领域

本发明涉及巡检机器人领域，尤其涉及一种巡检机器人的组合定位方法。

背景技术

变电站场景巡检机器人在执行巡检工作时，需要实时获取自身的位姿等导航信息。因变电站场景特征纹理丰富的特点，通常会采用激光雷达作为主要的定位手段。然而，变电站场景会存在极端的如长走廊等特征较少或相似的情景，加上雨雪等恶劣天气，此时激光雷达定位性能会大打折扣甚至无法定位。针对这一问题，采用特性互补的传感器如惯性测量单元(inertial measurement unit,imu)、轮速里程计、全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)进行融合的手段来提升系统的定位稳定性。

全球导航卫星系统GNSS主要有中国北斗、美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧盟Galileo，其定位原理利用一组卫星的伪距、卫星星历、卫星发射时间以及钟差来实现接收机自身的位置解算。理论上说，一般至少需要4颗卫星的测量信息即可获得三维空间的位置坐标。

随着卫星定位技术的发展，巡检机器人对高精度卫星定位技术的需求愈发强烈。单点GNSS成本低廉、使用简单，但是为米级的定位精度；载波相位差分技术(RTK)定位精度能达到厘米级，然而成本通常较高，并且需要额外部署基站以及人力参与定期维护。分米级卫星定位技术RAC是最近几年出现的并在自动驾驶、服务机器人等众多领域已经广泛应用的一种新型传感器技术，其定位精度分米级。RAC技术成本介于单点GNSS技术和RTK技术之间，除了无需部署基站的优点外，在多路径场景下相比RTK技术更具定位稳定性。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，引用专利(申请号201610822102.0)的分米级卫星定位RAC技术，提出了一种基于IMU/RAC/轮速里程计的低成本、分米级定位精度的变电站巡检机器人组合定位方法。

技术方案：

一种巡检机器人的组合定位方法，包括步骤：

(1)在巡检机器人上安装惯性传感器及RAC传感器，在巡检机器人底盘上安装轮速计；

(2)巡检机器人以恒定速度运动，并实时获取惯性传感器、RAC传感器及轮速计的数据；

(3)分别将轮速计采集得到的机器人运动速度、RAC传感器得到的机器人位置信息作为误差观测量，并构建基于误差状态量的卡尔曼滤波器，最终实现巡检机器人的组合定位。

所述步骤(1)中，在巡检机器人上设置有RTK移动站，配置一RTK基站通过调频信号与RTK移动站进行通信，通过RTK差分定位对RAC传感器的定位数据进行验证。

所述步骤(2)中，巡检机器人在空旷场景下按照1m/s速度直线移动。

所述步骤(3)中，构建基于误差状态量的卡尔曼滤波器以惯性传感器的误差传播过程作为卡尔曼滤波器的预测值，根据误差传播方程求解关于误差状态量δx的状态转移雅可比矩阵，根据RAC、轮速计的观测方程求解观测雅可比矩阵。

所述步骤(3)具体为：

(31)假设t时刻巡检机器人的真实状态为x_t：