一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法及装置与流程

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法及装置。

背景技术：

在服务机器人领域，采用双轮差速驱动机器人运动，可以大大简化结构的复杂度。通过双轮差速驱动控制机器人的前进速度和旋转速度，可以满足服务机器人各方向的导航运动需求。

机器人里程计用于测量机器人的行程。在导航过程中，里程计实时检测两个差速驱动电机上安装的编码器的数值，根据该数值计算双轮旋转的角度，从而推算出机器人从起始位置到当前位置移动的距离和旋转的角度。可见，里程计的参数的精度直接影响到机器人导航的准确性。高精度参数的里程计可使机器人运动轨迹的建图为边缘清晰的闭合图，使机器人导航到指定点的精度更高，且决定了机器人定位丢失后能够再次定位成功的运动时间与距离。

目前双轮差速大部分都采用umbmark校准方案，该校准方案主要使用机器人按照顺时针或逆时针沿着正方形运动，通过起始位置和终点位置的坐标误差来校准里程计的参数。采用umbmark校准方案校准里程计的参数时，需要较多的测量仪器、较大的测量场地，导致测量成本大，且测量操作复杂，在测量场地较小的情况下无法进行精确校准。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法及装置，以解决现有技术中校准里程计的参数误差时成本大、操作复杂的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法，包括：

获取机器人的属性信息；

分别采集机器人直线行走信息和旋转行走信息；

根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值；

根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值；

根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数。

一种可能的实现方式中，所述根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数，包括：

获取双轮直径的计算值和里程计中保存的双轮直径的测量值的偏差值；

当所述偏差值小于预设阈值时，将双轮直径的测量值替换为双轮直径的计算值，将里程计中保存的双轮距离的测量值替换为双轮距离的计算值。

一种可能的实现方式中，获取双轮直径的计算值和里程计中保存的双轮直径的测量值的偏差值之后，还包括：

当所述偏差值大于或等于预设阈值时，对双轮直径的计算值进行修正，得到双轮直径的修正值，并根据双轮直径的修正值，返回执行所述根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值，根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数的步骤。

一种可能的实现方式中，所述对双轮直径的计算值进行修正，包括：

根据对双轮直径的计算值进行修正，其中，d′为双轮直径的修正值，d为双轮直径的计算值，k为预设系数。

一种可能的实现方式中，所述对双轮直径的计算值进行修正，包括：

根据对双轮直径的计算值进行修正，其中，为双轮直径的修正值，d为双轮直径的计算值，k为预设系数。

一种可能的实现方式中，所述属性信息包括机器人减速器减速比和编码器线数，所述直线行走信息包括机器人在第一采集时间内双轮行走的路程和编码器的增量；

所述根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值，包括：

根据计算机器人的双轮直径，其中，d为双轮直径的计算值，n为机器人减速器减速比，c为编码器线数，u1为第一采集时间内双轮行走的路程，m1为第一采集时间内编码器的增量。

一种可能的实现方式中，所述旋转行走信息包括机器人在第二采集时间内旋转的角度和编码器的增量；

所述根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值，包括：

根据计算机器人的双轮距离，其中，b为双轮距离的计算值，θ为第二采集时间内旋转的角度，m2为第二采集时间内编码器的增量。

本发明实施例的第二方面提供了一种双轮差速机器人里程计参数的校准装置，包括：

获取模块，用于获取机器人的属性信息；

采集模块，用于采集机器人直线行走信息；

所述采集模块，还用于采集机器人旋转行走信息；

计算模块，用于根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值；

所述计算模块，还用于根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值；

校准模块，用于根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括：

存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，包括：

所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述方法的步骤。

本发明提供了一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法及装置，所述方法包括：获取机器人的属性信息，分别采集机器人直线行走信息和旋转行走信息，根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值，根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值，根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数，实现了里程计参数误差的校准，提高了机器人导航的准确性，解决了现有技术中校准里程计参数误差时成本大、操作复杂的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法的实现流程示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准装置的示意图；

图4是本发明实施例四提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例一提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法的实现流程示意图，如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤11、获取机器人的属性信息。

双轮差速机器人里程计参数的校准装置获取机器人的属性信息，该属性信息包括机器人减速器减速比和编码器线数，机器人固件安装完成后，其自身属性即是确定的。

减速比表示的含义是输入转速和输出转速的比值，该比值标注在机器人的电机上，一般只标注分子，分母为1。例如，减速器输入转速为1500r/min，输出转速为25r/min，那么其减速比则为60:1，标注60。

编码器线数就是编码器的分辨率，也就是一转所发出的脉冲数，机器人的电机上标注的脉冲数即为线数。例如，电机上标注的脉冲数为2000ppr(pulseperrevolotion)，则该编码器线数为2000。

步骤12、采集机器人直线行走信息。

控制机器人沿直线行走，双轮差速机器人里程计参数的校准装置采集机器人直线行走的信息。该直线行走信息包括机器人在第一采集时间内双轮行走的路程和编码器的增量。

双轮差速机器人里程计参数的校准装置采集直线行走信息时，将机器人开始行走的点定为原点，将行走的方向定为x轴的正方向，建立右手平面坐标系xoy。由于机器人沿x轴正方向直线行走，因此，机器人在y轴方向行走距离为0，旋转角度为0，采集的x轴方向行走的路程为u1。

步骤13、采集机器人旋转行走信息。

控制机器人在原点旋转行走，双轮差速机器人里程计参数的校准装置采集机器人旋转行走的信息。该旋转行走信息包括机器人在第二采集时间内旋转的角度和编码器的增量。

双轮差速机器人里程计参数的校准装置采集旋转行走信息时，将机器人开始旋转的点即为原点，由于机器人以原点进行原地旋转行走，因此，机器人在坐标的x、y轴方向行走距离均为0，第二采集时间内，左轮旋转行走的路程为ul，右轮旋转行走的路程为ur，旋转角度为θ。

其中，第一采集时间和第二采集时间可以相同，也可以不同，本实施例不作具体限定。

步骤14、根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值。

设定双轮直径的计算值为d。双轮直径d，减速器减速比n，编码器线数c，以及双轮里程系数l之间存在如下关系：

在第i次采集时，第一采集时间内双轮行走的路程为u1，编码器的增量为m1，存在如下关系：

u1＝lm1。

根据和u1＝lm1，即可计算得出，计算机器人的双轮直径的计算公式为：

其中，d为双轮直径的计算值，n为机器人减速器减速比，c为编码器线数，u1为第一采集时间内双轮行走的路程，m1为第一采集时间内编码器的增量。

步骤15、根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值。

设定双轮距离的计算值为b。在第i次采集时，第二采集时间内双轮旋转的角度θ，编码器的增量m2。双轮距离b、双轮直径d、减速器减速比n、编码器线数c、编码器的增量m2以及双轮旋转的角度θ之间存在如下关系：

根据得出计算机器人的双轮距离的计算公式为：

其中，b为双轮距离的计算值，d为根据步骤14得到的双轮直径的计算值，n为机器人减速器减速比，c为编码器线数，θ为第二采集时间内旋转的角度，m2为第二采集时间内编码器的增量。

步骤16、根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数。

校准里程计的参数，具体校准的是里程计中保存的双轮直径和双轮距离的测量值。具体的，根据步骤14得到的双轮直径的计算值，校准里程计中保存的双轮直径的测量值，根据步骤15得到的双轮距离的计算值，校准里程计中保存的双轮距离的测量值，从而对里程计在静止状态下测量的参数进行校准，校准了机器人里程计的系统误差，得到了较高精度的里程计，提高了机器人导航的准确性。

本实施例提供了一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法，包括：获取机器人的属性信息，分别采集机器人直线行走信息和旋转行走信息，根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值，根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值，根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数，实现了里程计参数误差的校准，提高了机器人导航的准确性，解决了现有技术中校准里程计参数误差时成本大、操作复杂的问题。

图2是本发明实施例二提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准方法的实现流程示意图，如图2所示，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤21、获取机器人的属性信息。

步骤22、采集机器人直线行走信息。

步骤23、采集机器人旋转行走信息。

步骤24、根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值。

步骤25、根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值。

本实施例步骤21至步骤25分别对应实施例一的步骤11至步骤15，参考实施例一步骤11至步骤15中相应的描述，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

实施例一中，得到双轮直径的计算值之后，直接根据双轮直径的计算值，计算双轮距离的计算值，然后根据双轮直径和双轮距离的计算值分别替换其测量值进行里程计参数的校准。由于双轮直径的计算值是由随机采集进行计算的，因此计算的双轮直径的计算值可能出现误差。若双轮直径的计算值与测量值符合误差较小时，说明双轮直径的计算值合理，以计算值代替测量值进行里程计算，得到较高精度的里程计。若双轮直径的计算值与测量值符合误差较大时，说明双轮直径的计算值不合理，此时，若仍以计算机代替测量值进行里程计算，可能会导致里程计的误差更大，使得校准适得其反。据此，本实施例在实施例一的基础上，增加了对双轮直径的计算值的验证。具体如下步骤：

步骤26、获取双轮直径的计算值和里程计中保存的双轮直径的测量值的偏差值。

步骤27、当所述偏差值小于预设阈值时，将双轮直径的测量值替换为双轮直径的计算值，将里程计中保存的双轮距离的测量值替换为双轮距离的计算值。

将步骤24得到的双轮直径的计算值，与里程计中保存的双轮直径的测量值做差，求得双轮直径的计算值和其测量值的偏差值。当该偏差值小于预先设定的偏差阈值时，根据双轮直径的计算值和双轮距离的计算值校准里程计的参数。

具体的，将双轮直径的测量值替换为双轮直径的计算值，并将里程计中保存的双轮距离的测量值替换为双轮距离的计算值，根据替换的双轮直径的计算值和双轮距离的计算值，进行里程的计算。根据计算的里程计参数(双轮直径、双轮距离)计算的里程，相比于根据测量的里程计参数计算的里程，减小了里程计的系统误差，因此里程计的精度更高，利用校准后的里程计进行机器人导航，提高了导航的准确性。

当偏差值小于预设阈值时，对双轮直径的计算值进行修正，具体步骤如下：

步骤28、当所述偏差值大于或等于预设阈值时，对双轮直径的计算值进行修正，得到双轮直径的修正值，并根据双轮直径的修正值，返回执行所述根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值，根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数的步骤。

所述对双轮直径的计算值进行修正，一种可能的实现方式包括：根据对双轮直径的计算值进行修正，其中，d′为双轮直径的修正值，d为双轮直径的计算值，k为预设系数。

所述对双轮直径的计算值进行修正，另一种可能的实现方式包括：根据对双轮直径的计算值进行修正，其中，为双轮直径的修正值，d为双轮直径的计算值，k为预设系数。

在第一种实现方式中，根据预设系数对双轮直径的计算值d进行一次修正，得到修正值d′。在第二种实现方式中，根据预设系数对双轮直径的计算值d进行多次修正，对多次修正结果计算平均值，以该平均值作为双轮直径的修正值d′。相比于第一种实现方式，第二种实现方式得到的双轮直径的修正值，是多次修正结果的平均值，从而使得双轮直径的修正值更加准确。

得到双轮直径的修正值后，再根据双轮直径的修正值重新计算双轮距离的计算值，然后再根据双轮直径的修正值、重新计算的双轮距离的计算值，校准里程计的参数。

对双轮直径的计算值进行修正，还可以为其他修正方式，例如，给双轮直径的计算值加/减预设值进行修正。结合实际需求，选择合适的修正方式，本实施例不做具体限定。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图3为本发明实施例三提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准装置的示意图，如图3所示，本实施例的装置包括以下模块：

获取模块31，用于获取机器人的属性信息。

采集模块32，用于采集机器人直线行走信息。

所述采集模块32，还用于采集机器人旋转行走信息。

计算模块33，用于根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值。

所述计算模块33，还用于根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值。

校准模块34，用于根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数。

本实施例提供的一种双轮差速机器人里程计参数的校准装置，用于实现实施例一所述的双轮差速机器人里程计参数的校准方法，其中各个模块的功能可以参考方法实施例中相应的描述，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图4是本发明实施例四提供的终端设备的示意图。如图4所示，该实施例的终端设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42，例如双轮差速机器人里程计参数的校准程序。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个双轮差速机器人里程计参数的校准方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤11至16。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图3所示模块31至34的功能。

示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述终端设备4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成获取模块、采集模块、计算模块、校准模块(虚拟装置中的单元模块)，各模块具体功能如下：

获取模块，用于获取机器人的属性信息。

采集模块，用于采集机器人直线行走信息。

所述采集模块，还用于采集机器人旋转行走信息。

计算模块，用于根据所述属性信息和所述直线行走信息，计算机器人的双轮直径，得到双轮直径的计算值。

所述计算模块，还用于根据所述属性信息、所述旋转行走信息和所述双轮直径，计算机器人的双轮距离，得到双轮距离的计算值。

校准模块，用于根据所述双轮直径的计算值和所述双轮距离的计算值，校准里程计的参数。

所述终端设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备4可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端设备4的示例，并不构成对终端设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备4还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是所述终端设备4的内部存储单元，例如终端设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述终端设备4的外部存储设备，例如所述终端设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard，smc)，安全数字(securedigital，sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述终端设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端设备4所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述终端设备的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。