基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法設計

張鈞

摘? 要：由于傳統(tǒng)的智能機器人室內(nèi)定位算法，在進行智能機器人室內(nèi)定位時對信息的定位誤差值大，無法實現(xiàn)智能機器人的室內(nèi)自主路徑定位。針對這一問題，提出基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法設計。通過擴展智能機器人室內(nèi)定位算法的融合原理，進而建立基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型，通過計算智能機器人室內(nèi)定位算法誤差值，完成智能機器人室內(nèi)定位。通過實驗證明基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法可以降低智能機器人室內(nèi)定位算法的定位誤差值，實現(xiàn)智能機器人室內(nèi)可靠、精準定位。

關鍵詞：麥克納姆輪;智能機器人;室內(nèi)定位算法

中圖分類號：TP309.7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2020）05-0093-02

Abstract： Due to the traditional indoor positioning algorithm of intelligent robot， the positioning error of information in the indoor positioning of intelligent robot is large， so it is impossible to realize the indoor autonomous path localization of intelligent robot. In order to solve this problem， the design of indoor positioning algorithm of intelligent robot based on Mecanum Wheel is proposed. By extending the fusion principle of the intelligent robot indoor positioning algorithm， the intelligent robot indoor environment model based on Mecanum Wheel is established， and the intelligent robot indoor positioning is completed by calculating the error value of the intelligent robot indoor positioning algorithm. Experiments show that the intelligent robot indoor positioning algorithm based on Mecanum Wheel can reduce the positioning error of the intelligent robot indoor positioning algorithm， and realize the intelligent robot indoor reliable and accurate positioning.

Keywords： Mecanum Wheel; intelligent robot; indoor positioning algorithm

引言

隨著智能機器人技術的不斷完善，智能機器人室內(nèi)定位精度問題成為人們重點關注的問題。麥克納姆輪是麥克納姆公司的專利，最早由瑞典人Bendgfgt Ilon于1973年發(fā)明，是一種結構特殊的全向輪[1]。近年來，基于麥克納姆輪的全方位式移動智能機器人也開始逐步走進人們的視野，在智能機器人室內(nèi)定位方面發(fā)揮著作用。麥克納姆輪在解決智能機器人全方位移動的問題上取得了突破的進展，基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法是針對智能機器人的性能進行升級的最有效和最可靠的方法?；邴溈思{姆輪的智能機器人室內(nèi)定位指的就是確定智能機器人在作業(yè)環(huán)境中所處的具體位置，以及實現(xiàn)智能機器人靈活方便的全方位移動功能[2]。因此，本文提出基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法設計。

1 基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法設計

考慮到當前麥克納姆輪的應用市場都還只是在一些特殊行業(yè)，并沒有應用到智能機器人室內(nèi)定位算法設計中[3]。因此，在本文設計的基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法中，基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法的具體流程圖，如圖1所示。

1.1 擴展智能機器人室內(nèi)定位算法的融合原理

擴展智能機器人室內(nèi)定位算法的融合原理指的就是對智能機器人室內(nèi)定位算法進行校正，使測試值不斷趨于最優(yōu)值的融合過程。通過融合多種智能機器人室內(nèi)定位數(shù)據(jù)，取得更好的智能機器人室內(nèi)定位效果[4]。為了進一步擴展智能機器人室內(nèi)定位算法的融合原理，設智能機器人室內(nèi)定位值為f（x），可根據(jù)簡單的線性回歸公式得出：

公式（1）中，w，b為智能機器人室內(nèi)定位預測值，f（x）的未知參數(shù)，均為實數(shù)。（w·x）為智能機器人室內(nèi)定位的向量和智能機器人室內(nèi)定位增益值向量x的點積。

1.2 建立基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型

在擴展智能機器人室內(nèi)定位算法的融合原理的基礎上，建立基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型。由于麥克納姆輪全向輪的特性驅動移動智能機器人是全方位的，導致全方位移動的智能機器人結構復雜。為了使基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法簡化，增加智能機器人與地面的接觸機會，在麥克納姆輪智能機器人驅動過程中始終保持穩(wěn)定的狀態(tài)。減少由于地面崎嶇、環(huán)境復雜所導致的智能機器人空轉等一系列問題[5]?；邴溈思{姆輪的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型圖，如圖2所示。

在圖2中，W1指的是智能機器人西北側轉動的角速度;W2指的是智能機器人東北側轉動的角速度;W3指的是智能機器人西南側轉動的角速度;W4指的是智能機器人東南側轉動的角速度;Y指的是智能機器人以地面的垂直關系;X指的是水平軸?；邴溈思{姆輪的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型可以保證麥克納姆輪驅動旋轉角速度的穩(wěn)定。

1.3 計算智能機器人室內(nèi)定位算法誤差值

本文設計的基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法相較于傳統(tǒng)的智能機器人室內(nèi)定位算法，最大的優(yōu)勢在于定位誤差值低[6]。在計算智能機器人室內(nèi)定位算法誤差值中，設智能機器人室內(nèi)定位算法誤差值為Wro，則其計算公式為：

公式（2）中，xi指的是智能機器人室內(nèi)定位方差，xi'指的是智能機器人室內(nèi)定位均值，n指的是智能機器人室內(nèi)定位誤差矢量。

1.4 完成智能機器人室內(nèi)定位

本文通過擴展智能機器人室內(nèi)定位算法的融合原理，再建立基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型，計算出智能機器人室內(nèi)定位算法誤差值，完成智能機器人室內(nèi)定位。傳統(tǒng)的智能機器人室內(nèi)環(huán)境模型只能從正、反兩個方向進行室內(nèi)定位，而通過麥克納姆輪可實現(xiàn)全方位360度的室內(nèi)定位。運用基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法獲取的定位數(shù)據(jù)是絕對定位，其中包括：地圖匹配、視覺定位、激光定位和標識定位。通過高精度的傳感器，使智能機器人能夠對環(huán)境中固定不變的定位特征識別與提取，從而實現(xiàn)智能機器人室內(nèi)高精度定位。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

將智能機器人室內(nèi)定位數(shù)據(jù)進行融合，得到的點坐標為（0，1）;（0，114）;（114，168）;（28.3，28.3）。記錄智能機器人移動距離的真實值和融合后的值，再通過公式（2）計算智能機器人室內(nèi)定位的定位誤差值。為檢驗基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法的有效性，通過對比實驗的方法對比基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法與傳統(tǒng)的智能機器人室內(nèi)定位算法的定位誤差值，設置傳統(tǒng)的智能機器人室內(nèi)定位算法為對照組。在相同的融合數(shù)據(jù)下，對智能機器人室內(nèi)定位坐標進行記錄，從而得出兩種算法的定位誤差值。

2.2 實驗結果分析與結論

根據(jù)上述設計的實驗，實驗結果如圖3所示。

通過圖3可得出如下的結論，本文設計的基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法的定位誤差值低于實驗對照組，能夠實現(xiàn)智能機器人室內(nèi)可靠、精準定位。

3 結束語

隨著智能化的進一步推進，針對智能機器人的研究問題顯得越來越重要。針對基于麥克納姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法的設計可以大幅度降低智能機器人室內(nèi)定位算法的定位誤差值，完成傳統(tǒng)的智能機器人室內(nèi)定位算法所不能完成的任務?；邴溈思{姆輪的智能機器人室內(nèi)定位算法是智能機器人室內(nèi)定位的核心技術，為智能機器人室內(nèi)定位算法的發(fā)展提供理論依據(jù)。

參考文獻：

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[3]莫然，張進，高淑芝.基于麥克納姆輪的全向移動自主機器人[J].山東工業(yè)技術，2017（08）：233.

[4]金開軍，楊秋萍，陳瓊.基于麥克納姆輪的實驗室安防機器人全向移動設計[J].貴陽學院學報（自然科學版），2017，12（04）：86-89.

[5]張彬，王永雄，邵翔，等.融合異質傳感器信息的機器人精準室內(nèi)定位[J].控制工程，2018，25（07）：1335-1343.

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