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CN109397293B - 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法 - Google Patents

一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法 Download PDF

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CN109397293B CN201811423992.3A CN201811423992A CN109397293B CN 109397293 B CN109397293 B CN 109397293B CN 201811423992 A CN201811423992 A CN 201811423992A CN 109397293 B CN109397293 B CN 109397293B
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Abstract

本发明涉及一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；获得移动机器人的位置坐标；得到当前地面的地面水平误差曲线；移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿。本发明的优点是：通过移动机器人上的传感器获取地面的水平误差数据，保证其效率和准确度，精确测出地面水平误差；提出两种拟合方法来建立地面水平误差的模型，满足移动机器人不同的作业精度要求；在移动机器人工作过程中对末端执行器进行实时的误差补偿，保证了移动机器人的作业精度要求。

Description

一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法
技术领域
本发明涉及一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，属于移动机器人作业精度控制方法技术领域。
背景技术
随着机器人技术在各行各业的广泛应用，具有更高灵活性的移动机器人变得越来越重要。但是，移动机器人的作业精度相对于固定的机械臂式的机器人作业精度较低(固定的机械臂式的机器人的作业精度一般在1mm以内，而移动式机器人作业精度一般在几到几百毫米)，这样的机器人的作业精度已经超出预期工作要求。
移动机器人的作业环境对其作业精度有较大的影响，特别是当机器人在地面移动过程中工作的时候，真实地面相对于水平面的误差对移动机器人末端执行器的作业精度造成直接的影响。但是在移动机器人作业时，还未有提出对地面水平误差进行补偿的方法。
发明内容
本发明的目的是：补偿由于真实地面相对于水平面的误差对移动机器人末端执行器的作业精度所造成的影响。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；
第二步、获得起始位置的坐标，移动机器人从起始位置开始在当前地面上以固定的步长开始移动，直至移动N步，每次移动时，通过步长及传感器测量的倾斜角度计算得到本次移动相对上次移动的Y轴坐标变化量，将作为X轴变化量的步长与Y轴坐标变化量相结合，得到本次移动后的移动机器人位置坐标，设第i次移动后，移动机器人的位置坐标为(xi,yi)，1≤i≤N；
第三步、利用上一步得到的位置坐标拟合得到当前地面的地面水平误差曲线；
第四步、移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿。
优选地，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过三次多项式拟合得到当前地面的所述地面误差曲线。
优选地，所述三次多项式拟合包括以下步骤：
步骤301、设三次拟合曲线方程为：y＝ax3+bx2+cx+d，其中的参数a、b、c、d由下面的公式确定：argmin[SDP(a，b，c，d)]，式中，
Figure BDA0001881139630000021
Figure BDA0001881139630000022
步骤302、分别对参数a、b、c、d求偏导可得到：
Figure BDA0001881139630000023
步骤303、将步骤302得到的公式化简后有：
Y＝X·C
式中：
Figure BDA0001881139630000024
则参数a、b、c、d由下式确定：
C＝(XTX)-1XTY。
优选地，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过自动分段多项式拟合得到当前地面的所述地面误差曲线。
优选地，所述自动分段多项式拟合包括以下步骤：
步骤311、从第二步获得N个位置坐标中选取前四个位置坐标；
步骤312、基于上一步得到的位置坐标进行三次多项式拟合；
步骤313、计算上一步拟合得到曲线与原始地面水平误差曲线的接近程度，若接近程度满足要求，则进入步骤314，否则进入步骤315；
步骤314、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，在上一步参与三次多项式拟合的位置坐标的基础上，再新增一个位置坐标，返回步骤312；若判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤315、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，将参与进行三次多项式拟合的所有位置坐标中的最后一个位置坐标作为分段点，从分段点开始重新选择四个位置坐标，返回步骤313；若判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤316、对剩余的位置坐标进行直线拟合或者二次多项式拟合。
优选地，第四步中，移动机器人在当前地面进行作业时，将地面误差曲线的Y轴的值变为负值，得到误差补偿曲线，将该误差补偿曲线作为移动机器人在空间上下移动的位移曲线对移动机器人进行实时补偿。
本发明的优点是：
(1)通过移动机器人上的传感器获取地面的水平误差数据，保证其效率和准确度，精确测出地面水平误差；(2)提出两种拟合方法来建立地面水平误差的模型，满足移动机器人不同的作业精度要求；(3)在移动机器人工作过程中对末端执行器进行实时的误差补偿，保证了移动机器人的作业精度要求。
附图说明
图1是获取的地面水平误差数据图；
图2是对地面水平误差数据进行三次多项式拟合的结果；
图3是对地面水平误差数据进行自动分段多项式拟合的结果；
图4是对地面水平误差数据进行自动分段多项式拟合曲线后所得到的误差补偿曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供了一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，包括以下步骤：
第一步、在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；
第二步、获得起始位置的坐标，移动机器人从起始位置开始在当前地面上以固定的步长开始移动，直至移动N步，每次移动时，通过步长及传感器测量的倾斜角度计算得到本次移动相对上次移动的Y轴坐标变化量，将作为X轴变化量的步长与Y轴坐标变化量相结合，得到本次移动后的移动机器人位置坐标，设第i次移动后，移动机器人的位置坐标为(xi,yi)，1≤i≤N；
第三步、利用上一步得到的位置坐标拟合得到当前地面的地面水平误差曲线，本实施例中，拟合采用自动分段多项式拟合，包括以下步骤：
步骤301、对第二步获得N个位置坐标利用三次多项式拟合得到原始地面水平误差曲线，三次多项式拟合包括以下步骤：
步骤3011、设三次拟合曲线方程为：y＝ax3+bx2+cx+d，其中的参数a、b、c、d由下面的公式确定：argmin[SDP(a，b，c，d)]，式中，
Figure BDA0001881139630000041
Figure BDA0001881139630000042
步骤3012、分别对参数a、b、c、d求偏导可得到：
Figure BDA0001881139630000043
步骤3013、将步骤3012得到的公式化简后有：
Y＝X·C
式中：
Figure BDA0001881139630000051
则参数a、b、c、d由下式确定：
C＝(XTX)-1XTY。
步骤302、对第二步获得N个位置坐标利用自动分段多项式拟合得到原始地面水平误差曲线，自动分段多项式拟合包括以下步骤：
步骤3021、从第二步获得N个位置坐标中选取前四个位置坐标；
步骤3022、基于上一步得到的位置坐标进行三次多项式拟合；
步骤3023、计算上一步拟合得到曲线与原始地面水平误差曲线的接近程度，若接近程度满足要求，则进入步骤3024，否则进入步骤3025；
步骤3024、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，在上一步参与三次多项式拟合的位置坐标的基础上，再新增一个位置坐标，返回步骤3022；若断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤3026；
步骤3025、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，将参与进行三次多项式拟合的所有位置坐标中的最后一个位置坐标作为分段点，从分段点开始重新选择四个位置坐标，返回步骤3022；若断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤3026；
步骤3026、对剩余的位置坐标进行直线拟合或者二次多项式拟合。
第四步、移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿，具体方法为：移动机器人在当前地面进行作业时，将地面水平误差曲线的Y轴的值变为负值，得到误差补偿曲线，将该误差补偿曲线作为移动机器人在空间上下移动的位移曲线，在移动机器人作业时进行实时补偿。
综上所述，本发明公开一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，通过移动机器人上的传感器获取工作地面的水平误差数据；再通过曲线拟合的方法对工作地面水平误差进行建模；最后通过拟合的地面水平误差曲线得到误差补偿曲线，在机器人作业时实时补偿误差。本发明的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及误差补偿方法，通过自动获取地面水平误差，提供了地面水平误差建模和补偿方法，可有效的补偿地面水平误差，提高移动机器人的作业精度。

Claims (5)

1.一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，用于补偿由于真实地面相对于水平面的误差对移动机器人末端执行器的作业精度所造成的影响，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；
第二步、获得起始位置的坐标，移动机器人从起始位置开始在当前地面上以固定的步长开始移动，直至移动N步，每次移动时，通过步长及传感器测量的倾斜角度计算得到本次移动相对上次移动的Y轴坐标变化量，将作为X轴变化量的步长与Y轴坐标变化量相结合，得到本次移动后的移动机器人位置坐标，设第i次移动后，移动机器人的位置坐标为(xi,yi)，1≤i≤N；
第三步、利用上一步得到的位置坐标拟合得到当前地面的地面误差曲线；
第四步、移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿；移动机器人在当前地面进行作业时，将地面水平误差曲线的Y轴的值变为负值，得到误差补偿曲线，将该误差补偿曲线作为移动机器人在空间上下移动的位移曲线，在移动机器人作业时进行实时补偿。
2.如权利要求1所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过三次多项式拟合得到当前地面的所述地面水平误差曲线。
3.如权利要求2所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，所述三次多项式拟合包括以下步骤：
步骤301、设三次拟合曲线方程为：y＝ax3+bx2+cx+d，其中的参数a、b、c、d由下面的公式确定：argmin[SDP(a,b,c,d)]，式中，
Figure FDA0003487368050000011
Figure FDA0003487368050000012
步骤302、分别对参数a、b、c、d求偏导可得到：
Figure FDA0003487368050000021
步骤303、将步骤302得到的公式化简后有：
Y＝X·C
式中：
Figure FDA0003487368050000022
则参数a、b、c、d由下式确定：
C＝(XTX)-1XTY。
4.如权利要求1所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过自动分段多项式拟合得到当前地面的所述地面水平误差曲线。
5.如权利要求4所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，所述自动分段多项式拟合包括以下步骤：
步骤311、从第二步获得N个位置坐标中选取前四个位置坐标；
步骤312、基于上一步得到的位置坐标进行三次多项式拟合；
步骤313、计算上一步拟合得到曲线与原始地面水平误差曲线的接近程度，若接近程度满足要求，则进入步骤314，否则进入步骤315；
步骤314、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，在上一步参与三次多项式拟合的位置坐标的基础上，再新增一个位置坐标，返回步骤312；若判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤315、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，将参与进行三次多项式拟合的所有位置坐标中的最后一个位置坐标作为分段点，从分段点开始重新选择四个位置坐标，返回步骤312；若判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤316、对剩余的位置坐标进行直线拟合或者二次多项式拟合。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110731164B (zh) * 2019-12-03 2020-09-15 深知智能科技(金华)有限公司 一种收割机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统
CN111099243A (zh) * 2019-12-25 2020-05-05 苏州罗伯特木牛流马物流技术有限公司 Agv在倾斜地面上多层货架上取放货物的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1392950A (zh) * 2000-08-18 2003-01-22 学校法人中央大学 移动装置的位置误差评价方法和根据其评价结果改善移动精度的方法
CN102121827A (zh) * 2010-11-29 2011-07-13 浙江亚特电器有限公司 一种移动机器人定位系统及其定位方法
CN104317218A (zh) * 2014-10-11 2015-01-28 华南理工大学 一种微纳操作环境下的精密宏动并联定位系统及方法
CN105865419A (zh) * 2015-01-22 2016-08-17 青岛通产软件科技有限公司 基于地面特征的移动机器人的自主精确定位系统及方法
CN106370185A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 北京翰宁智能科技有限责任公司 基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统
CN107053176A (zh) * 2017-04-09 2017-08-18 北京工业大学 一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法
CN108170137A (zh) * 2017-12-15 2018-06-15 珊口（上海）智能科技有限公司 移动机器人及其控制方法和控制系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1392950A (zh) * 2000-08-18 2003-01-22 学校法人中央大学 移动装置的位置误差评价方法和根据其评价结果改善移动精度的方法
CN102121827A (zh) * 2010-11-29 2011-07-13 浙江亚特电器有限公司 一种移动机器人定位系统及其定位方法
CN104317218A (zh) * 2014-10-11 2015-01-28 华南理工大学 一种微纳操作环境下的精密宏动并联定位系统及方法
CN105865419A (zh) * 2015-01-22 2016-08-17 青岛通产软件科技有限公司 基于地面特征的移动机器人的自主精确定位系统及方法
CN106370185A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 北京翰宁智能科技有限责任公司 基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统
CN107053176A (zh) * 2017-04-09 2017-08-18 北京工业大学 一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法
CN108170137A (zh) * 2017-12-15 2018-06-15 珊口（上海）智能科技有限公司 移动机器人及其控制方法和控制系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《基于最小二乘法的分段三次曲线拟合方法研究》;蔡山等;《科学技术与工程》;20070228;第7卷(第3期);第352-355页 *

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