用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法
专利汇可以提供用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 机器人 自 定位 技术领域，具体是用惯导、压 力 传感器 修正下坡悬空后轮 里程计 误差的方法来测量机器人当前 姿态 ，当判断为机器人正在下坡时读取 压力传感器 的数据，判断左右轮是否出现悬空的状况，当悬空时采用修正后的 算法 公式对里程计产生的空转误差进行修正的方法。本发明与 现有技术 相比，有益效果在于：可以实时监测机器人是否处于下坡的状态中，当机器人在下坡时通过压力传感器监测后轮是否在悬空，当监测出有后轮已悬空时改变对机器人行走距离增量(Δx,Δy,Δθ)的计算方法，从而减少因一个轮悬空造成的里程计误差对机器人 位姿 增量的影响。，下面是用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法专利的具体信息内容。
1.用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法，其特征在于：采用陀螺仪和加速度传感器实时检测机器人的姿态，以判断机器人是否正在下坡，当由机器人的姿态判断出机器人处于下坡的过程中时，再利用压力传感器检测机器人的后轮是否悬空；
当由姿态判断出机器人处于平面行驶时，或者虽然处于下坡状态，但后轮均未悬空时，采用下式进行行走距离增量(△x,△y,△θ)的计算：
式中：(△x,△y,△θ)＝前一次采样间隔走过的路径；△x为机器人x方向位置增量，△y为机器人y方向位置增量，△s为机器人的位置增量，△sr,△sl分别为右轮、左轮行走的距离；b为差动驱动机器人两个轮子之间的距离；θ为机器人的朝向；
当检测出一个后轮已悬空时，忽略两个影响：
(1)后轮转速的强闭环控制使速度不受重力加速度的影响；
(2)忽略前轮的方向对于单后轮驱动直线行驶的影响；这样机器人只受一个后轮的驱动按直线行驶；
左轮悬空时，机器人行走距离增量(△x,△y,△θ)按照下面的修正公式进行计算：
右轮同理。
2.根据权利要求1所述的用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法，其特征在于：陀螺仪和加速度传感器均设于机器人底盘的中央位置，陀螺仪用于检测机器人的角速度变化；加速度传感器用于检测机器人的速度变化；压力传感器有两个，两个压力传感器分别用于检测两个后轮对于机器人支架的压力；机器人上还设有两个光电编码器、激光传感器和工控机；两个光电编码器分别安装在两个后轮上作为里程计使用；激光传感器用于检测周边环境的信息进行定位导航；工控机作为车载控制器，用于接收陀螺仪、加速度传感器、压力传感器、光电编码器和激光传感器的数据，进行定位导航的运算。
3.根据权利要求1所述的用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法，其特征在于：利用陀螺仪和加速度传感器数据计算机器人姿态角，判断机器人是否在下坡的步骤如下：
步骤(1)：系统建模，系统的状态方程为：
X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)+v(k)； (1)
式中，k为时刻，X(k+1)为机器人在(k+1)时刻状态，A为状态转移矩阵，X(k)为机器人在k时刻状态，B为系统控制矩阵，u(k)为k时刻系统输入量，v(k)为系统过程噪声，输出方程为：
Y(k)＝CX(k)+w(k)； (2)
式中，Y(k)为k时刻系统输出量，C为观测矩阵，w(k)为观测噪声，
步骤(2)：计算陀螺仪测量到的姿态角预估计值与加速度传感器之间的偏差：
error(k)＝angle_g(k)-angle_a(k)； (3)
式中，error(k)为在k时刻的姿态角偏差，angle_g(k)为k时刻陀螺仪计算到的姿态角，angle_a(k)为k时刻加速度传感器测得的姿态角，
步骤(3)：计算Kalman增益K(k)：
K(k)＝P(k-1)·CT/[C·P(k-1)·CT+R(k)]； (4)
式中，P(k-1)为状态估计，R(k)为旋转矩阵，
步骤(4)：计算k时刻机器人姿态角的最终输出值angle_final(k)：
angle_final(k)＝angle_g(k)+K(k)·error(k)； (5)
步骤(5)：计算k+1时刻的滤波协方差P(k+1)：
P(k|k)＝(I-K(k)·C)P(k|k-1)； (6)
式中，P(k|k)为k时刻状态估计，I为单位矩阵，P(k|k-1)为(k-1)时刻状态估计，至此就完成了k时刻对机器人姿态所有的Kalman滤波计算，当k+1时刻的陀螺仪角速度数据输入到机器人中，回到步骤(1)进行计算，这样不停的迭代运行以输出机器人的姿态信息，在得到机器人的姿态信息后，判断angle_final(k)和根据斜坡斜率得出的可判断机器人正在下坡的临界角度critical_angle，下坡的临界角度critical_angle根据机器人结构设计由人工人为设定，当angle_final(k)>critical_angle时，判断机器人正在下坡，不然判断机器人在正常的行驶。
4.根据权利要求3所述的用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法，其特征在于：检测机器人的后轮是否悬空的方法如下：在k时刻判断机器人正在下坡时，此时不停的读取i、i≥k时刻两个后轮压力传感器的数据p_right(i)和p_left(i)来判断是否有后轮处于悬空的状态，记k-1时刻机器人仍在正常行驶时的两个后轮压力传感器的数据是p_right(k-1)与p_left(k-1)，通过压力传感器变化的临界值critical_p来判断后轮是否悬空，即当p_right(k-1)-p_right(i)>critical_p时，判断机器人的右后轮已处于悬空的状态中，当p_left(k-1)-p_left(i)>critical_p时，判断机器人的左后轮已处于悬空的状态中。
用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法
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发明内容
具体实施方式
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