CN109668577A - 一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及*** - Google Patents

一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及***，包括：步骤S100根据距离传感器数据获得当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得当前第二路程；步骤S200根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；步骤S300判断当前第一路程与当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；步骤S400若否，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；步骤S500若是，则下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。本发明可以对机器人的轮子半径进行自动校准，从而不影响机器人在工作任务中的正常定位和行走。

Description

一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及***
技术领域
本发明涉及移动机器人领域，尤指一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及***。
背景技术
移动机器人的轮子一般通过手动校准，比如用尺子测量。但随着时间的推移，机器人的轮子会磨损，另外需要打气的轮子还存在漏气的现象，这些都会导致轮子半径发生变化，从而影响机器人的正常定位和行走，因此需要一种轮子半径自动校准方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及***，可以在执行工作任务前或工作任务中对机器人的轮子半径进行自动校准，从而不影响机器人在工作任务中的正常定位和行走。
本发明提供的技术方案如下：
一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，包括：步骤S100根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；步骤S200根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；步骤S400当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；步骤S500当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
在上述技术方案中，通过对机器人的轮子半径进行自动校准，从而不影响机器人在工作任务中的正常定位和行走。
进一步优选的，在所述步骤S200之后还包括：步骤S210对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径；所述步骤S400还包括，步骤S410当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；所述步骤S500还包括，步骤S510当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的滤波后轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
进一步优选的，所述的对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径包括：根据以下公式进行高斯滤波：
其中，Rf(n+1)为下一时间段的滤波后轮子半径，R(n+1-i)为从下一时间段往前推i个时间段的轮子半径，G(0)、G(1)、......G(M-1)为高斯滤波器的M个响应值，M为所述高斯滤波器的长度，GNorm(0)、GNorm(1)、......GNorm(M-1)为高斯滤波器的M个归一化响应值。
在上述技术方案中，通过高斯滤波去除了轮子半径迭代过程中的噪声影响，提高了该迭代过程中输出的轮子半径的平稳性，从而提高目标轮子半径的准确度。
进一步优选的，所述步骤S200根据以下公式计算下一时间段的轮子半径：
其中，R(n+1)为下一时间段的轮子半径，R(n)为当前轮子半径，Dmap(n)为当前第一路程、Dodom(n)为当前第二路程，step为预设步进。
在上述技术方案中，提供了一种对轮子半径进行校准的具体实施方式，该方法简单可行。
进一步优选的，在执行工作任务前，和/或在执行工作任务中对移动机器人的轮子半径进行自动校准。
进一步优选的，所述的在执行工作任务中对移动机器人的轮子半径进行自动校准还包括：在工作任务刚开始时，和/或每间隔一段时间，对移动机器人的轮子半径进行自动校准。
在上述技术方案中，提供了多种方式供用户在不同的情况下进行轮子半径自动校准功能，比如移动机器人使用时间不长、轮胎的密封性好的情况下，选择在执行清洁任务前进行轮子半径自动校准就可以了，适应场景多，用户选择灵活。
进一步优选的，还包括：在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
在上述技术方案中，在进行轮子半径自动校准时，通过界面提供提示信息，以便用户在操作机器人时及时知道进展，或在特殊情况下进行人工干预，提高了用户操作的方便性。
本发明还提供一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，包括：校准模块，用于根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；以及，根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；以及，当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，重新获取当前第一路程和当前第二路程；以及，当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
在上述技术方案中，通过对机器人的轮子半径进行自动校准，从而不影响机器人在工作任务中的正常定位和行走。
进一步优选的，所述校准模块还包括：滤波单元，用于对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径；所述校准模块，进一步用于当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，并重新获取当前第一路程和当前第二路程；以及，当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的滤波后轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
在上述技术方案中，通过高斯滤波去除了轮子半径迭代过程中的噪声影响，提高了该迭代过程中输出的轮子半径的平稳性，从而提高目标轮子半径的准确度。
进一步优选的，还包括：界面显示模块，用于在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
在上述技术方案中，在进行轮子半径自动校准时，通过界面提供提示信息，以便用户在操作机器人时及时知道进展，或在特殊情况下进行人工干预，提高了用户操作的方便性。
通过本发明提供的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及***，能够带来以下有益效果：本发明可以在执行工作任务前或工作任务中对机器人的轮子半径进行自动校准，从而不影响机器人在工作任务中的正常定位和行走；在进行轮子半径自动校准时，通过界面提供提示信息，以便用户在操作机器人时及时知道进展，提高了用户操作的方便性。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法及***的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法的另一个实施例的流程图；
图3是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法的另一个实施例的流程图；
图4是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法的另一个实施例的流程图；
图5是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***的一个实施例的结构示意图；
图6是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***的另一个实施例的结构示意图；
图7是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***的另一个实施例的结构示意图；
图8、图9、图10、图11是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法的另一个实施例中的界面显示示意图；
图12是本发明的一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法的另一个实施例中的一信号经过高斯滤波前后的变化示意图。
附图标号说明：
100.校准模块，200.界面显示模块，110.滤波单元。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不轮表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，包括：
步骤S100根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；
步骤S200根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；
步骤S300判断所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；
步骤S400当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；
步骤S500当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
具体的，移动机器人，比如清洁机器人，在其上搭载了距离传感器，速度传感器等主要传感器。距离传感器，比如激光雷达或超声传感器，根据光脉冲发出到返回被接收所经历的时间计算得到机器人距离目标的距离。速度传感器，比如安装在轮子上的编码器，可以测量轮子的角速度、线速度。当轮子移动时，机器人距离目标的距离也随之变化，根据距离传感器所测量的数据变化，反过来可以推算出轮子的移动距离，该移动距离称为第一路程。当轮子移动时，速度传感器测出移动时间段的轮子的旋转弧度，根据该旋转弧度和轮子半径也可以估算出轮子的移动距离，该移动距离称为第二路程。由于轮子半径的不确定性，所以第二路程是不准确的，第一路程相对是准确的。本实施例的自动校准思路，是通过不断迭代修正轮子半径，使第二路程逐步逼近第一路程。
初始化当前轮子半径，可设置为未磨损前、且未漏气前的轮胎原始尺寸。根据距离传感器数据获得当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得当前第二路程。根据当前第二路程与当前第一路程的偏差修正当前轮子半径，得到下一时间段的轮子半径。如果当前第一路程与当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段、下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100，开始下一轮迭代。如果当前第一路程与当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则校准结束，将下一时间段的轮子半径作为目标轮子半径。
本实施例提供的方法适合单轮、双轮、或多轮机器人使用，每个轮子按照上述方法分别进行自动校准即可。在轮子半径得到自动校准后，按照校准后的轮子半径计算的第二路程的准确度提高了，测量的线速度的准确度也提高了，这对于使用了第二路程、或线速度的工作任务应用有改善。
在本发明的另一个实施例中，如图1所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，包括：
步骤S100根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；
步骤S200根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；
根据以下公式计算下一时间段的轮子半径：
其中，R(n+1)为下一时间段的轮子半径，R(n)为当前轮子半径，Dmap(n)为当前第一路程、Dodom(n)为当前第二路程，step为预设步进。
步骤S300判断所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；
步骤S400当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；
步骤S500当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
具体的，本实施例给了一种估算目标轮子半径的具体迭代方法。在迭代过程中，如果当前第二路程较大，表明对应轮子半径偏大，轮子半径将向减小的方向调整，反之向轮子半径增大的方向调整，并且偏差越大，调整的速度越快。随着迭代次数的增加，当Dodom≈Dmap时，则迭代趋于收敛。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，包括：
步骤S100根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；
步骤S200根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；
根据以下公式计算下一时间段的轮子半径：
其中，R(n+1)为下一时间段的轮子半径，R(n)为当前轮子半径，Dmap(n)为当前第一路程、Dodom(n)为当前第二路程，step为预设步进。
步骤S210对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径；
根据以下公式进行高斯滤波：
其中，Rf(n+1)为下一时间段的滤波后轮子半径，R(n+1-i)为从下一时间段往前推i个时间段的轮子半径，G(0)、G(1)、......G(M-1)为高斯滤波器的M个响应值，M为所述高斯滤波器的长度，GNorm(0)、GNorm(1)、......GNorm(M-1)为高斯滤波器的M个归一化响应值。
步骤S300判断所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；
步骤S410当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；
步骤S510当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的滤波后轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
具体的，为了提高迭代输出轮子半径的平稳性，对下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，并将高斯滤波后的轮子半径应用到第二路程的估计中。采用高斯滤波，是因为自然间的噪声由多因素共同决定时，其近似服从高斯分布。
设高斯滤波器的响应函数为：
对该滤波器进行离散采样，采样时间间隔为Δx，则：
假定滤波器的长度为M，方差为σ，得到滤波器的M个响应值分别为G(0)、G(1)、......G(M-1)；再进行归一化处理，得到滤波器的M个归一化响应值。
对下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径，示例，一信号经过高斯滤波前后的变化情况如图12所示。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，包括：
步骤S600在执行工作任务前对移动机器人的轮子半径进行自动校准；该校准方法采用前述任一实施例(如图1、或图2、或图3所示)中的轮子半径自动校准方法。
步骤S700在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
具体的，轮子半径自动校准功能是一个独立的功能，可以在执行工作任务前进行，所述工作任务包括建立工作区域的栅格地图，和/或清洁任务。比如以双轮机器人为例，在建栅格地图前进行轮子半径自动校准，人推着小车在特征比较明显的环境中行走，直至轮子半径校准完毕；在校准过程中，界面实时显示当前的左右轮半径值(如图8所示)，校准完毕、且校准成功时界面给出提示(如图9所示)，用户可选择终止校准；如果经过一段时间校准后，***认为轮子半径校准失败，会提示如下信息(如图10所示)：“轮子半径经过一段时间校准后，校准失败！请继续校准或终止校准！”，用户可以选择继续校准，如果校准成功，***会提示如下信息(如图11所示)：“轮子半径进一步校准后，校准完毕，请继续校准或终止校准！”，用户可选择终止校准。
本实施例，轮子半径自动校准是在工作任务之前单独进行，这样不会增加工作任务的负担，而且在工作任务中采用校准后的轮子半径，可以使机器人的线速度估计更准确、根据速度传感器估计的路程更准确。这种方式适合在机器人使用时间不长、轮胎磨损不大、轮胎的密封性好的情况下使用。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，包括：
步骤S610在工作任务刚开始时，以及每间隔一段时间对移动机器人的轮子半径进行自动校准；该校准方法采用前述任一实施例(如图1、或图2、或图3所示)中的轮子半径自动校准方法；
步骤S700在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
具体的，在执行工作任务中对移动机器人的轮子半径进行自动校准，所述的工作任务包括建立工作区域的栅格地图，和/或清洁任务。工作任务刚开始时校准一次，以后每隔一段时间，再定时校准。当轮胎密封性较好时采用这种方式能满足实际要求。
本实施例有多种变形，比如，在执行工作任务过程中实时进行轮子半径自动校准，当轮胎的密封性不好时，这样能实时跟随轮子半径的变化而变化；又如，每次启动工作任务时同时进行轮子半径自动校准，校准完毕后，停止校准，当轮胎密封性较好，一天内轮子半径的变化很小时，采用这种方式进行校准也能满足实际要求，而且可以降低机器人的校准工作量，减少机器人的工作负荷。
在工作任务中执行轮子半径自动校准时，为了提高机器人工作中的智能性，在任务进行中希望与用户的交互越少越好，所以只有当轮子半径变化发生异常且经过一段时间校准后校准失败，此时应该暂停工作任务，比如扫地时，在界面上提示用户，信息如下：“轮子半径与实际不符，自动校准失败，已暂停扫地！”。
在本发明的另一个实施例中，如图5所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，包括：
校准模块100，用于根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；以及，根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；以及，判断所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；若否，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，重新获取当前第一路程和当前第二路程；若是，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
具体的，移动机器人，比如清洁机器人，在其上搭载了距离传感器，速度传感器等主要传感器。距离传感器，比如激光雷达或超声传感器，根据光脉冲发出到返回被接收所经历的时间计算得到机器人距离目标的距离。速度传感器，比如安装在轮子上的编码器，可以测量轮子的角速度、线速度。当轮子移动时，机器人距离目标的距离也随之变化，根据距离传感器所测量的数据变化，反过来可以推算出轮子的移动距离，该移动距离称为第一路程。当轮子移动时，速度传感器测出移动时间段的轮子的旋转弧度，根据该旋转弧度和轮子半径也可以估算出轮子的移动距离，该移动距离称为第二路程。由于轮子半径的不确定性，所以第二路程是不准确的，第一路程相对是准确的。本实施例的自动校准思路，是通过不断迭代修正轮子半径，使第二路程逐步逼近第一路程。
初始化当前轮子半径，可设置为未磨损前、且未漏气前的轮胎原始尺寸。根据距离传感器数据获得当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得当前第二路程。根据当前第二路程与当前第一路程的偏差修正当前轮子半径，得到下一时间段的轮子半径。如果当前第一路程与当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段、下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，重新获取当前第一路程、当前第二路程，开始下一轮迭代。如果当前第一路程与当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则校准结束，将下一时间段的轮子半径作为目标轮子半径。
本实施例提供的方法适合单轮、双轮、或多轮机器人使用，每个轮子按照上述方法分别进行自动校准即可。在轮子半径得到自动校准后，按照校准后的轮子半径计算的第二路程的准确度提高了，测量的线速度的准确度也提高了，这对于使用了第二路程、或线速度的工作任务应用有改善。
在本发明的另一个实施例中，如图5所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，包括：
校准模块100，用于根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；以及，根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；根据以下公式计算下一时间段的轮子半径：
其中，R(n+1)为下一时间段的轮子半径，R(n)为当前轮子半径，Dmap(n)为当前第一路程、Dodom(n)为当前第二路程，step为预设步进。
所述校准模块，进一步用于判断所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；若否，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，重新获取当前第一路程和当前第二路程；若是，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
具体的，本实施例给了一种估算目标轮子半径的具体迭代方法。在迭代过程中，如果当前第二路程较大，表明对应轮子半径偏大，轮子半径将向减小的方向调整，反之向轮子半径增大的方向调整，并且偏差越大，调整的速度越快。随着迭代次数的增加，当Dodom≈Dmap时，则迭代趋于收敛。
在本发明的另一个实施例中，如图6所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，包括：
校准模块100，用于根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；以及，根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；根据以下公式计算下一时间段的轮子半径：
其中，R(n+1)为下一时间段的轮子半径，R(n)为当前轮子半径，Dmap(n)为当前第一路程、Dodom(n)为当前第二路程，step为预设步进。
滤波单元110，用于对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径；根据以下公式进行高斯滤波：
其中，Rf(n+1)为下一时间段的滤波后轮子半径，R(n+1-i)为从下一时间段往前推i个时间段的轮子半径，G(0)、G(1)、......G(M-1)为高斯滤波器的M个响应值，M为所述高斯滤波器的长度，GNorm(0)、GNorm(1)、......GNorm(M-1)为高斯滤波器的M个归一化响应值。
所述校准模块100，进一步用于判断所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距是否小于预设迭代停止门限；若否，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，重新获取当前第一路程和当前第二路程；若是，则所述下一时间段的滤波后轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束；
具体的，为了提高迭代输出轮子半径的平稳性，对下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，并将高斯滤波后的轮子半径应用到第二路程的估计中。采用高斯滤波，是因为自然间的噪声由多因素共同决定时，其近似服从高斯分布。
设高斯滤波器的响应函数为：
对该滤波器进行离散采样，采样时间间隔为Δx，则：
假定滤波器的长度为M，方差为σ，得到滤波器的M个响应值分别为G(0)、G(1)、......G(M-1)；再进行归一化处理，得到滤波器的M个归一化响应值。
对下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径，示例，一信号经过高斯滤波前后的变化情况如图12所示。
在本发明的另一个实施例中，如图7所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，包括：
校准模块100，用于在执行工作任务前对移动机器人的轮子半径进行自动校准；该校准方法采用前述任一实施例(如图1、或图2、或图3所示)中的轮子半径自动校准方法。
界面显示模块200，用于在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
具体的，轮子半径自动校准功能是一个独立的功能，可以在执行工作任务前进行，所述工作任务包括建立工作区域的栅格地图，和/或清洁任务。比如以双轮机器人为例，在建栅格地图前进行轮子半径自动校准，人推着小车在特征比较明显的环境中行走，直至轮子半径校准完毕；在校准过程中，界面实时显示当前的左右轮半径值(如图8所示)，校准完毕、且校准成功时界面给出提示(如图9所示)，用户可选择终止校准；如果经过一段时间校准后，***认为轮子半径校准失败，会提示如下信息(如图10所示)：“轮子半径经过一段时间校准后，校准失败！请继续校准或终止校准！”，用户可以选择继续校准，如果校准成功，***会提示如下信息(如图11所示)：“轮子半径进一步校准后，校准完毕，请继续校准或终止校准！”，用户可选择终止校准。
本实施例，轮子半径自动校准是在工作任务之前单独进行，这样不会增加工作任务的负担，而且在工作任务中采用校准后的轮子半径，可以使机器人的线速度估计更准确、根据速度传感器估计的路程更准确。这种方式适合在机器人使用时间不长、轮胎磨损不大、轮胎的密封性好的情况下使用。
在本发明的另一个实施例中，如图7所示，一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，包括：
校准模块100，用于在工作任务刚开始时，以及每间隔一段时间对移动机器人的轮子半径进行自动校准；该校准方法采用前述任一实施例(如图1、或图2、或图3所示)中的轮子半径自动校准方法；
界面显示模块200，用于在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
具体的，在执行工作任务中对移动机器人的轮子半径进行自动校准，所述的工作任务包括建立工作区域的栅格地图，和/或清洁任务。工作任务刚开始时校准一次，以后每隔一段时间，再定时校准。当轮胎密封性较好时采用这种方式能满足实际要求。
本实施例有多种变形，比如，在执行工作任务过程中实时进行轮子半径自动校准，当轮胎的密封性不好时，这样能实时跟随轮子半径的变化而变化；又如，每次启动工作任务时同时进行轮子半径自动校准，校准完毕后，停止校准，当轮胎密封性较好，一天内轮子半径的变化很小时，采用这种方式进行校准也能满足实际要求，而且可以降低机器人的校准工作量，减少机器人的工作负荷。
在工作任务中执行轮子半径自动校准时，为了提高机器人工作中的智能性，在任务进行中希望与用户的交互越少越好，所以只有当轮子半径变化发生异常且经过一段时间校准后校准失败，此时应该暂停工作任务，比如扫地时，在界面上提示用户，信息如下：“轮子半径与实际不符，自动校准失败，已暂停扫地！”。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于，包括：
步骤S100根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；
步骤S200根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；
步骤S400当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；
步骤S500当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
2.根据权利要求1所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于，在所述步骤S200之后还包括：
步骤S210对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径；
所述步骤S400还包括，步骤S410当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，并跳转到步骤S100；
所述步骤S500还包括，步骤S510当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的滤波后轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
3.根据权利要求2所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于，所述的对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径包括：
根据以下公式进行高斯滤波：
其中，Rf(n+1)为下一时间段的滤波后轮子半径，R(n+1-i)为从下一时间段往前推i个时间段的轮子半径，G(0)、G(1)、......G(M-1)为高斯滤波器的M个响应值，M为所述高斯滤波器的长度，GNorm(0)、GNorm(1)、......GNorm(M-1)为高斯滤波器的M个归一化响应值。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于：
所述步骤S200根据以下公式计算下一时间段的轮子半径：
其中，R(n+1)为下一时间段的轮子半径，R(n)为当前轮子半径，Dmap(n)为当前第一路程、Dodom(n)为当前第二路程，step为预设步进。
5.根据权利要求1所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于：
在执行工作任务前，和/或在执行工作任务中对移动机器人的轮子半径进行自动校准。
6.根据权利要求5所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于，所述的在执行工作任务中对移动机器人的轮子半径进行自动校准还包括：
在工作任务刚开始时，和/或每间隔一段时间，对移动机器人的轮子半径进行自动校准。
7.根据权利要求1所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准方法，其特征在于，还包括：
在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
8.一种用于移动机器人的轮子半径自动校准***，其特征在于，包括：
校准模块，用于根据距离传感器数据获得机器人在当前时间段的路程，记为当前第一路程；根据当前轮子半径和速度传感器数据获得所述机器人在当前时间段的路程，记为当前第二路程；以及，根据当前轮子半径、当前第一路程和当前第二路程，计算下一时间段的轮子半径；以及，当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的轮子半径作为当前轮子半径，重新获取当前第一路程和当前第二路程；以及，当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
9.根据权利要求8所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准***，其特征在于，所述校准模块还包括：
滤波单元，用于对所述下一时间段的轮子半径进行高斯滤波，得到下一时间段的滤波后轮子半径；
所述校准模块，进一步用于当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距不小于预设迭代停止门限时，则将下一时间段作为当前时间段，下一时间段的滤波后轮子半径作为当前轮子半径，并重新获取当前第一路程和当前第二路程；以及，当所述当前第一路程与所述当前第二路程之间的差距小于预设迭代停止门限时，则所述下一时间段的滤波后轮子半径为目标轮子半径，所述自动校准结束。
10.根据权利要求8所述的用于移动机器人的轮子半径自动校准***，其特征在于，还包括：
界面显示模块，用于在对移动机器人的轮子半径进行自动校准时，通过界面实时显示当前轮子半径，并在校准过程中和/或校准完毕后通过所述界面给出提示。
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