一种月面机器人定位方法

1.本公开实施例涉及月面机器人导航控制技术领域，具体而言，涉及一种月面机器人定位方法、装置及系统。


背景技术：

2.月球环境是一个土质松软、表面形态复杂的非结构化环境，月面机器人作为适用于在复杂非结构化月面环境中的一项重要工具，必须具有环境感知识别、自主导航定位、自主智能路径规划等功能。月面机器人的主要功能是利用搭载的科学仪器和末端执行机构能够辅助或协同航天员开展巡视探测、采样分析、物资搬运、科学实验、维修维护等月面任务。利用月面机器人开展月面基础设施的建造与组装，具体任务包括建造原材料采集、建筑用砖制备、3d打印、居住舱建造、太阳电池阵列组装等子任务，而高精度辅助定位能够提升月面机器人操作执行器精细化作业能力，为多功能任务的精细灵巧操控提供技术支撑，是月面机器人在陌生复杂环境中顺利完成给定任务的基础和保证。
3.现有的月面机器人辅助定位方法主要分为主动式和被动式两种：主动式定位方式是指通过机器人自身携带的传感器获取数据信息，对传感器数据进行滤波和解算，得到机器人自身的位置。典型的方法有基于惯性元件的定位技术和基于视觉的同时定位与地图创建(visual-simultaneous localization and mapping，visual-slam)技术。被动式定位方式是指通过除月面机器人之外的其他设备，接收从月面机器人反射回来的信号，计算得到机器人的位置信息，常用的方法主要有基于着陆器的立体视觉定位技术和月球同步卫星定位技术。上述的几种月面机器人辅助定位方法都存在着一定的局限性：
4.(1)基于惯性元件的定位技术是指采用三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成的惯性测量单元(imu)，根据机器人运动过程中重力及速度的变化，计算机器人的位置。该方法具有不受外界环境影响的优势，但测量数据会随时间累计发生漂移，易积累误差。
5.(2)visual-slam技术通过单目、立体或rgb-d摄像机来感知周围场景，仅依靠视觉输入环境信息，估计出月面机器人本体的6个自由度(3个位置和3个姿态)。由于月面环境背景单一，纹理特征相对简化，灰度变化不明显，而visual-slam技术主要通过图像特征匹配确定月面机器人位置，因此该方法在月面环境中难以找到足够的特征点，鲁棒性差，只能建立局部地图和得到局部位置信息，作用距离短且不能提供月面机器人的绝对位置。
6.(3)基于着陆器的立体视觉定位技术是指以着陆器为基站，用立体视觉测量技术和像分割算法，对月面机器人进行定位的方法。该方法直接对图像的特征点进行匹配，但匹配概率随图像的不同而发生变化，误匹配的概率较高。且随着离月面着陆器的距离扩大，特征点的识别变得困难，机器人的位置估计变得不准。
7.(4)月球中继卫星定位技术是指在近月空间的轨道上的中继星来实现对月面区域的长时间覆盖、观测和通信，从而实现对月面机器人的定位。月球中继卫星定位技术原理上与gps定位方法类似，但月球处于地球引力范围之内，轨道部署和保持较为困难，实施成本
高。
8.需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

9.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种月面机器人定位方法、装置及系统，以至少解决相关技术中月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低、鲁棒性差的技术问题。
10.根据本公开的一个方面，提供一种月面机器人定位方法，该方法包括：
11.在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述n为正整数；
12.根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；
13.利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
14.可选的，所述采集所述基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，包括：
15.通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述n个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息；
16.基于所述n个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。
17.可选的，所述标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，所述方法还包括：
18.采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息；
19.利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息；
20.通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的；
21.将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。
22.可选的，所述通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵，包括：
23.根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。
24.可选的，所述初始位姿转换矩阵是根据执行机构坐标系与机器人基座坐标系、机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系确定的；所述执行机构坐标系是以所述连接机构的连接点为原点的坐标系；所述机器人基座坐标系是以所述基座中心为原点的坐标系。
25.可选的，所述利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息，包括：
26.利用所述目标位姿转换矩阵将所述目标定位信息从所述执行机构坐标系转换至所述机器人基座坐标系，获得对应的转换定位信息；
27.按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
28.可选的，所述执行机构坐标系与所述机器人基座坐标系之间的转换关系是根据所述基座与所述执行机构的连接位置确定的。
29.可选的，所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系是根据所述月面机器人位于所述目标可行区域中的位置确定的。
30.可选的，所述按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息，包括：
31.按照所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系，将所述转换定位信息解算为所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
32.根据本公开的一个方面，提供一种月面机器人定位装置，该装置包括：第一采集模块，用于在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述n为正整数；
33.第一确定模块，用于根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；
34.第一获得模块，用于利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
35.可选的，所述第一采集模块，还用于：
36.通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述n个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息；
37.基于所述n个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。
38.可选的，所述标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，所述装置还包括：
39.第二采集模块，用于采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息；
40.第二获得模块，用于利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息；
41.调整模块，用于通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的；
42.第二确定模块，用于将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。
43.可选的，所述调整模块，还用于：
44.根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。
45.可选的，所述初始位姿转换矩阵是根据执行机构坐标系与机器人基座坐标系、机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系确定的；所述执行机构坐标系是以所述连接机构的连接点为原点的坐标系；所述机器人基座坐标系是以所述基座中心为原点的坐标系。
46.可选的，所述第一获得模块，还用于：
47.利用所述目标位姿转换矩阵将所述目标定位信息从所述执行机构坐标系转换至所述机器人基座坐标系，获得对应的转换定位信息；
48.按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
49.可选的，所述执行机构坐标系与所述机器人基座坐标系之间的转换关系是根据所述基座与所述执行机构的连接位置确定的。
50.可选的，所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系是根据所述月面机器人位于所述目标可行区域中的位置确定的。
51.可选的，所述第一获得模块，还用于：
52.按照所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系，将所述转换定位信息解算为所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
53.根据本公开的一个方面，提供一种月面机器人定位系统，该系统包括：月面机器人和激光定位基站；
54.所述激光定位基站，用于在目标可行区域中发射激光；
55.所述月面机器人，用于在月面机器人位于所述目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述n为正整数；根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
56.根据本公开的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的月面机器人定位方法。
57.综上所述，本发明实施例提供的月面机器人定位方法，可以在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在目标可行区域中发射激光建立的，n为正整数，根据连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，利用目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。这样，一方面，由于月面环境的特殊性，通过建立激光定位坐标系可以提高识别月面机器人所在位置的精确性，另一方面，由于执行机构体积较小且通常处于活动状态，难以捕捉所在位置，本公开通过确定位姿转换矩阵，仅需要采集基座所在位置就可解算出执行机构所在位置，简化了确定执行机构位置的操作步骤，也提高了确定执行机构位置
的准确性，从而可以一定程度上解决月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低、鲁棒性差的问题。
58.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
59.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
60.图1是本公开实施例提供的一种系统架构的示意图。
61.图2是本公开实施例提供的一种月面机器人的结构示意图。
62.图3是本公开实施例提供的一种月面机器人定位方法的步骤流程图。
63.图4是本公开实施例提供的一种激光定位坐标系的示意图。
64.图5是本公开实施例提供的一种月面机器人位于激光定位坐标系的示意图。
65.图6是本公开实施例提供的一种采集目标定位信息的步骤流程图。
66.图7是本公开实施例提供的一种确定标定位姿转换矩阵的步骤流程图。
67.图8是本公开实施例提供的一种机器人基座坐标系的示意图。
68.图9是本公开实施例提供的一种执行机构坐标系的示意图。
69.图10是本公开实施例提供的一种确定标定位姿转换矩阵的流程图。
70.图11是本公开实施例提供的一种月面机器人定位系统的框图。
具体实施方式
71.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
72.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
73.本公开实施例中，参考图1所示的系统架构，可以包括：月面机器人101、激光定位基站102和服务器103。月面机器人101与激光定位基站102之间、月面机器人101与服务器103之间、激光定位基站102与服务器103之间，均可以通过通信信号进行数据传输。当月面
机器人101和激光定位基站102位于月球表面上的情况下，该通信信号可以是卫星传输信号，例如可以是卫星模拟信号、卫星数字信号等等。该服务器103可以设置在环绕月球的卫星上，也可以设置在其他卫星上。上述的月面机器人定位方法可以由服务器103执行，也可以由月面机器人101执行，具体的，当由月面机器人101执行该月面机器人定位方法时，激光定位基站102可以直接将发射的激光信息通过卫星传输信号发送给月面机器人101，以便月面机器人101对激光信息执行上述月面机器人定位方法的处理步骤；当由服务器103执行该月面机器人定位方法时，激光定位基站102可以将发射的激光信息通过卫星传输信号发送给服务器103，月面机器人101可以将采集的激光信息通过卫星传输信号发送给服务器103，以便服务器103根据发射的激光信息和采集的激光信息执行上述月面机器人定位方法的处理步骤。下面将以月面机器人101执行该月面机器人定位方法进行详细说明。
74.图2是本公开实施例提供的一种月面机器人的结构示意图，如图2所示，月面机器人包括基座01、连接机构02和执行机构03，基座01与连接机构02的一端铰链连接，执行机构03与连接机构02的另一端铰链连接，其中，连接机构02包括多个连杆，多个连杆之间铰链连接。
75.图3是本公开实施例提供的一种月面机器人定位方法的步骤流程图，如图3所示，该方法可以包括：
76.步骤s101、在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述n为正整数。
77.本公开实施例中，目标可行区域可以是月球表面适合月面设施搭建的可行区域，该目标可行区域可以是平坦区域，具体的，依据月球漫游车上的视觉相机、激光雷达等设备或月球轨道器对月球的探测信息，选择适合月面设施搭建的可行区域，并在可行区域内或者附近实施月面着陆器降落，将该可行区域作为目标可行区域。在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，可以是在月面机器人位于目标可行区域的情况下，通过月面机器人的基座上配置的光敏传感器来采集激光，并根据采集到激光的时间以及位置确定基座在激光定位坐标系中的目标定位信息。
78.本公开实施例中，激光定位坐标系可以是利用n个激光定位基站在目标可行区域中发射激光建立的，该n为正整数，激光定位基站可以是小型巡视器构成，该激光定位基站可以包括可伸缩桅杆，该桅杆末端装配激光发射器用于发射激光。采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，可以是在激光定位基站发射激光的激光定位坐标系中，通过基座上设置的激光捕捉器来采集激光，并根据采集激光的位置以及采集激光所需时间，可以确定基座在激光定位坐标系中的目标定位信息。
79.示例的，图4是本公开实施例提供的一种激光定位坐标系的示意图，如图4所示，在目标可行区域14的边界处设置8个激光定位基站11，该激光定位基站11包括可伸缩桅杆13和激光发射器12，激光发射器12设置在可伸缩桅杆13的末端。具体的，建立激光定位坐标系的过程可以如下：单个激光定位基站可以由单个小型巡视器构成，利用激光定位基站上的垂直高度仪将每个小型巡视器上的可伸缩桅杆伸长至同一高度，通过桅杆末端装配激光发射器发射激光，建立以目标可行区域中心为原点的激光定位坐标系。
80.示例的，图5是本公开实施例提供的一种月面机器人位于激光定位坐标系的示意图，如图5所示，月面机器人21在目标可行区域14中，目标可行区域14上通过激光定位基站11的激光发射器12发射激光，月面机器人21通过基座上装配光敏传感器来捕获激光，根据捕获激光到达传感器的时间来计算月面机器人21相对于激光定位基站11的位置，得到月面机器人21的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息。
81.步骤s102、根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵。
82.本公开实施例中，由于连接机构可以是由多个连杆铰链连接组成的，连杆在转动时相对于铰链连接处产生转动角度，而每一连杆的转动角度可以不同，因此，可以根据月面机器人在连接机构中各铰链上设置的传感器，来确定各个铰链上产生的转动角度。标定位姿转换矩阵可以是用于坐标系转换的矩阵。根据连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，可以是将连接机构中各个铰链的转动角度输入至标定位姿转换矩阵中，得到月面机器人当前动作下基座到执行机构的目标位姿转换矩阵。
83.步骤s103、利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
84.本公开实施例中，由于目标定位信息是基座在激光定位坐标系中的位置信息，月面机器人上基座与连接机构、连接机构与执行机构之间的距离是固定，仅会发生角度变化，因此，可以通过目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，将解算得到的位置信息作为执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。
85.综上所述，本发明实施例提供的月面机器人定位方法，可以在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在目标可行区域中发射激光建立的，n为正整数，根据连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，利用目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。这样，一方面，由于月面环境的特殊性，通过建立激光定位坐标系可以提高识别月面机器人所在位置的精确性，另一方面，由于执行机构体积较小且通常处于活动状态，难以捕捉所在位置，本公开通过确定位姿转换矩阵，仅需要采集基座所在位置就可解算出执行机构所在位置，简化了确定执行机构位置的操作步骤，也提高了确定执行机构位置的准确性，从而可以一定程度上解决月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低、鲁棒性差的问题。
86.可选的，本公开实施例中上述采集所述基座在激光定位坐标系中的目标定位信息的操作，如图6所示，可以具体包括：
87.步骤s1011、通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述n个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息。
88.本公开实施例中，预设传感器可以是光敏传感器，也可以是其他激光位置追踪器，月面机器人的基座上可以设置一个预设传感器，也可以设置多个预设传感器，具体的，可以将预设传感器设置在基座的四个顶角处，也可以设置在其他位置上，对此本公开不做限制。在月面机器人位于激光定位坐标系的情况下，可以通过月面机器人基座上设置的预设传感
器来捕获n个激光定位基站发射的激光，将捕获激光对应的激光定位基站所在位置、捕获激光所需的时间等信息作为基座对应的激光捕获信息。
89.步骤s1012、基于所述n个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。
90.本公开实施例中，可以是针对每一激光定位基站发射的激光，根据该激光定位基站在目标可行区域中的设置位置以及捕获到该激光定位基站发射激光的时间，来确定月面机器人基座相对于该激光定位基站的定位信息，综合n个激光定位基站所得到的定位信息，可以确定基座在激光定位坐标系中的目标定位信息。
91.可选的，本公开实施例中标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，如图7所示，该月面机器人定位方法还可以包括：
92.步骤s201、采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息。
93.本公开实施例中，可以是在月面机器人处于初始状态时，采集基座在激光定位坐标系中的定位信息，将该定位信息作为初始定位信息。该初始状态可以是根据实际经验设置的月面机器人连杆机构的位置，当月面机器人处于初始状态时，月面机器人的执行机构上的预设传感器可以采集到激光定位坐标系中的位置信息，而当月面机器人不处于初始状态时，即，月面机器人的执行机构处于活动状态时，执行机构上的预设传感器很难采集到激光，导致无法确定执行机构在激光定位坐标系中的位置信息，因此，在月面机器人处于初始状态时，采集基座在激光定位坐标系中的初始定位信息，来确定目标位姿转换矩阵，以便于之后月面机器人不处于初始状态时，可以直接基于目标位姿转换矩阵来确定执行机构的位置信息。
94.步骤s202、利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息。
95.本公开实施例中，初始位姿转换矩阵可以包括位置变换矩阵和姿态矩阵，利用激光定位坐标系、机器人基座坐标系和执行机构坐标系之间的位姿转换矩阵和通过坐标变换法则，利用初始位姿转换矩阵对初始定位信息进行位姿解算，将得到的激光定位坐标系中执行机构的定位信息作为转换定位信息。
96.步骤s203、通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的。
97.本公开实施例中，由于标准位姿信息可以是通过执行机构上设置的预设传感器在执行机构处于初始位置上捕获激光所确定的位置信息，标准位姿信息所表征的位置信息更符合实际情况，但当执行机构处于活动状态时往往是很难获取到对应的标准位姿信息，因此，可以根据执行机构处于初始位置时，来利用标准位姿信息对转换位姿信息进行校准，即，可以通过对比执行机构的标准位姿信息与转换位姿信息，来调整初始位姿转换矩阵。
98.步骤s204、将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。
99.本公开实施例中，可以是通过调整初始位姿转换矩阵中的参数，使得利用初始位姿转换矩阵得到的转换位姿信息与标准位姿信息重合，则将该初始位姿转换矩阵作为标定
3l200θ34l
30ꢀꢀ
111.本公开实施例中，基于d-h法则，可以对执行机构坐标系中坐标系{ob}、坐标系{o0}、坐标系{o1}、坐标系{o2}、坐标系{o3}、坐标系{ot}之间进行坐标系转换，具体的，坐标系转换矩阵如下表示：
112.①
由坐标系{ob}到{o0}的4
×
4变换矩阵为
[0113][0114]
②
由坐标系{o0}到{o1}的4
×
4变换矩阵为
[0115][0116]
③
由坐标系{o1}到{o2}的4
×
4变换矩阵为
[0117][0118]
④
由坐标系{o2}到{o3}的4
×
4变换矩阵为
[0119][0120]
⑤
由坐标系{o3}到{o
t
}的4
×
4变换矩阵为
[0121][0122]
⑥
由坐标系{ob}到{o
t
}的4
×
4变换矩阵为
[0123][0124]
最后，可以得到机械臂末端执行机构{o
t
}到机器人基座坐标系{ob}的位置变换矩阵和姿态矩阵的具体形式为：
[0125][0126][0127]
可选的，本公开实施例中上述按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息的步骤，可以具体包括：
[0128]
按照所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系，将所述转换定位信息解算为所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0129]
示例的，在机器人基座立方体模型的8个顶点装配激光位置追踪器，利用激光定位系统的数据处理，得到机器人基座在激光定位系统坐标中的位姿。具体过程为：检测激光定位基站和激光位置追踪器的连接状态；激光定位基站发射水平与垂直激光，对整个激光定位空间进行扫描；机器人基座装备的激光位置追踪器接收到激光信号，采集顶部和底部8个顶点的激光定位数据；通过机器人的机载计算机完成位姿解算，得到位置转换矩阵和姿态矩阵需要说明的是，位置转换矩阵和姿态矩阵可以是基座坐标系{ob}转换至坐标系{o0}的矩阵，该位置转换矩阵和姿态矩阵的具体数值可以根据机械臂连接机构与机器人基座的铰接点所在位置确定的，比如，机器人基座xb方向上长度为m，则位置转换矩阵可以为姿态矩阵可以为
[0130]
可选的，本公开实施例中上述通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵的操作，可以具体包括：
[0131]
根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。
[0132]
本公开实施例中，利用激光定位系统坐标系、机器人基坐标系和机械臂d-h坐标系之间的位姿转换矩阵和通过坐标变换法则，得到激光定位系统中机械臂末端执行机构的位姿信息，具体变换过程如下所述。将通过坐标转换得到机械臂末端执行机构位姿坐标与采集到的精确位姿坐标进行比对，依据精确位姿数据对机器人机械臂末端执行机构进行标定与校准。具体的，调整初始位姿转换矩阵中的参数可以是在初始位姿转换矩阵中设置参数f，初始位姿转换矩阵中的参数可以表示为位置变换矩阵姿态矩阵比如，上述位置变换矩阵和姿态矩阵可以是参数为0的情况。
[0133]
示例的，图10是本公开实施例提供的一种确定标定位姿转换矩阵的流程图，如图10所示，s31、由目标可行区域中的激光定位基站发射激光，建立激光定位坐标系；s32、月面机器人上的光敏传感器接收到激光信号；s33、采集基座初始定位信息；s34、获得执行机构的转换定位信息；s35、采集执行机构的标准位姿信息；s36、确定标定位姿转换矩阵。
[0134]
具体的，一种实现方式中，在月面机器人处于初始状态时，采集基座在激光定位坐
标系中的初始定位信息，利用初始位姿转换矩阵对初始定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的转换定位信息，再通过执行机构上的预设传感器获取月面机器人处于初始状态时，执行机构在激光定位坐标系中的标准位姿信息，对比执行机构的标准位姿信息与转换位姿信息，来调整初始位姿转换矩阵，将调整至转换位姿信息与标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为标定位姿转换矩阵。
[0135]
当月面机器人在目标可行区域中自由活动时，由于月面机器人上主要的活动部件为执行机构，而执行机构的活动方式主要是通过连接机构转动实现的，因此，确定执行机构所在位置的过程可以如下：在月面机器人位于目标可行区域的情况下，通过月面机器人基座上设置的预设传感器来采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，再根据月面机器人连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，利用目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0136]
图11是本公开实施例提供的一种月面机器人定位装置，如图11所示，该装置50可以包括：
[0137]
第一采集模块501，用于在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述n为正整数；
[0138]
第一确定模块502，用于根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；
[0139]
第一获得模块503，用于利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0140]
综上所述，本发明实施例提供的月面机器人定位装置，可以在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在目标可行区域中发射激光建立的，n为正整数，根据连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，利用目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。这样，一方面，由于月面环境的特殊性，通过建立激光定位坐标系可以提高识别月面机器人所在位置的精确性，另一方面，由于执行机构体积较小且通常处于活动状态，难以捕捉所在位置，本公开通过确定位姿转换矩阵，仅需要采集基座所在位置就可解算出执行机构所在位置，简化了确定执行机构位置的操作步骤，也提高了确定执行机构位置的准确性，从而可以一定程度上解决月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低、鲁棒性差的问题。
[0141]
可选的，所述第一采集模块501，还用于：
[0142]
通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述n个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息；
[0143]
基于所述n个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。
[0144]
可选的，所述标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，所述装置50还
包括：
[0145]
第二采集模块，用于采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息；
[0146]
第二获得模块，用于利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息；
[0147]
调整模块，用于通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的；
[0148]
第二确定模块，用于将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。
[0149]
可选的，所述调整模块，还用于：
[0150]
根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。
[0151]
可选的，所述初始位姿转换矩阵是根据执行机构坐标系与机器人基座坐标系、机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系确定的；所述执行机构坐标系是以所述连接机构的连接点为原点的坐标系；所述机器人基座坐标系是以所述基座中心为原点的坐标系。
[0152]
可选的，所述第一获得模块503，还用于：
[0153]
利用所述目标位姿转换矩阵将所述目标定位信息从所述执行机构坐标系转换至所述机器人基座坐标系，获得对应的转换定位信息；
[0154]
按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0155]
可选的，所述执行机构坐标系与所述机器人基座坐标系之间的转换关系是根据所述基座与所述执行机构的连接位置确定的。
[0156]
可选的，所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系是根据所述月面机器人位于所述目标可行区域中的位置确定的。
[0157]
可选的，所述第一获得模块503，还用于：
[0158]
按照所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系，将所述转换定位信息解算为所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0159]
上述月面机器人定位装置中各模块的具体细节已经在对应的月面机器人定位方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
[0160]
本公开实施例还提供一种月面机器人定位系统，其特征在于，该系统包括：月面机器人和激光定位基站；
[0161]
所述激光定位基站可以用于在目标可行区域中发射激光；
[0162]
所述月面机器人可以用于在月面机器人位于所述目标可行区域的情况下，采集所述月面机器人的基座在激光定位坐标系中的目标定位信息；所述月面机器人包括所述基座、连接机构和执行机构，所述基座通过所述连接机构与所述执行机构铰链连接；所述激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在所述目标可行区域中发射激光建立的，所述n为正整数；根据所述连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定所述基座到所述执行机构的目标位姿转换矩阵；利用所述目标位姿转换矩阵对所述目标定位信息进行位
姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0163]
综上所述，本发明实施例提供的月面机器人定位系统，该系统包括月面机器人和激光定位基站，该激光定位基站可以用于在目标可行区域中发射激光，月面机器人可以用于在月面机器人位于目标可行区域的情况下，采集基座在激光定位坐标系中的目标定位信息，激光定位坐标系是利用n个激光定位基站在目标可行区域中发射激光建立的，n为正整数，根据连接机构中各个铰链的转动角度以及标定位姿转换矩阵，确定基座到执行机构的目标位姿转换矩阵，利用目标位姿转换矩阵对目标定位信息进行位姿解算，获得执行机构在激光定位坐标系中的输出定位信息。这样，一方面，由于月面环境的特殊性，通过建立激光定位坐标系可以提高识别月面机器人所在位置的精确性，另一方面，由于执行机构体积较小且通常处于活动状态，难以捕捉所在位置，本公开通过确定位姿转换矩阵，仅需要采集基座所在位置就可解算出执行机构所在位置，简化了确定执行机构位置的操作步骤，也提高了确定执行机构位置的准确性，从而可以一定程度上解决月面机器人在月面环境中进行操作试验时定位精度低、鲁棒性差的问题。
[0164]
可选的，所述月面机器人，还用于：
[0165]
通过所述基座上设置的预设传感器来捕获所述n个激光定位基站发射激光，获得所述基座对应的激光捕获信息；
[0166]
基于所述n个激光定位基站分别在所述目标可行区域的设置位置和所述基座对应的激光捕获信息，确定所述基座在所述激光定位坐标系中的目标定位信息。
[0167]
可选的，所述标定位姿转换矩阵是根据初始位姿转换矩阵确定的，所述月面机器人还包括：
[0168]
第二采集模块，用于采集所述基座在所述激光定位坐标系中的初始定位信息；
[0169]
第二获得模块，用于利用所述初始位姿转换矩阵对所述初始定位信息进行位姿解算，获得所述执行机构在所述激光定位坐标系中的转换定位信息；
[0170]
调整模块，用于通过对比所述执行机构的标准位姿信息与所述转换位姿信息，来调整所述初始位姿转换矩阵；所述标准位姿信息是通过所述执行机构在初始位置上捕获激光所确定的；
[0171]
第二确定模块，用于将调整至所述转换位姿信息与所述标准位姿信息重合的初始位姿转换矩阵，作为所述标定位姿转换矩阵。
[0172]
可选的，所述月面机器人，还用于：
[0173]
根据所述标准位姿信息与所述转换位姿信息之间的差距信息，调整所述初始位姿转换矩阵中的参数。
[0174]
可选的，所述初始位姿转换矩阵是根据执行机构坐标系与机器人基座坐标系、机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系确定的；所述执行机构坐标系是以所述连接机构的连接点为原点的坐标系；所述机器人基座坐标系是以所述基座中心为原点的坐标系。
[0175]
可选的，所述月面机器人，还用于：
[0176]
利用所述目标位姿转换矩阵将所述目标定位信息从所述执行机构坐标系转换至所述机器人基座坐标系，获得对应的转换定位信息；
[0177]
按照所述激光定位坐标系对所述转换定位信息进行位姿解算，确定所述执行机构
在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0178]
可选的，所述执行机构坐标系与所述机器人基座坐标系之间的转换关系是根据所述基座与所述执行机构的连接位置确定的。
[0179]
可选的，所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系是根据所述月面机器人位于所述目标可行区域中的位置确定的。
[0180]
可选的，所述月面机器人，还用于：
[0181]
按照所述机器人基座坐标系与所述激光定位坐标系之间的转换关系，将所述转换定位信息解算为所述执行机构在所述激光定位坐标系中的输出定位信息。
[0182]
上述月面机器人定位系统中各模块的具体细节已经在对应的月面机器人定位方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
[0183]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
[0184]
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
[0185]
所属技术领域的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
[0186]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
[0187]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。
[0188]
根据本公开的实施方式的用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本公开的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0189]
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或
半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0190]
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0191]
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0192]
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0193]
此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
[0194]
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。