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专利号: 2021106178243
申请人: 安徽师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2026-04-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于毫米波与惯性融合导航的安防机器人,其特征在于,包括:电源模块,用于提供各个模块所需的电压,所述电源模块包括蓄电模块和能源转化装置;存储模块,用于存储障碍物轮廓阈值相对应的体积数据库,最优路径导航算法,融合滤波算法,用户自定义安防任务数据库,机器人针对障碍物的处理方法;服务器模块,用于处理毫米波雷达测量距离信息、处理惯性元件测量的惯性信息、处理融合算法的滤波信息、安防机器人的位置信息;

核心处理模块,用于处理毫米波导航系统的机器人位置信息、捷联惯导测量的机器人位置信息、融合算法输出机器人位置信息、障碍物轮廓数据库、机器人导航路径轨迹数据库;融合导航系统,以毫米波导航系统输出的导航位置作为观测量,建立量测方程;以惯性导航系统输出的导航信息作为状态量,建立状态方程;

所述机器人用于实现路径导航,具体包括:实时解算机器人的逆运动学方程,获取机器人的运动参数,并进行闭环控制,最优导航路径规划;毫米波导航信息与惯性导航信息的融合处理;

所述的最优导航路径规划,在机器人运动学的基础上,划分导航空间、构建特征网、在特征网上基于曼哈顿距离原理,搜索最优路径;当最优路径中存在障碍物,可通过装有力反馈系统的机器臂,推开障碍物或绕过越过障碍物;若障碍物不可操作,则机器人向毫米波导航系统请求重新规划绕过障碍物的导航路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波与惯性融合导航的安防机器人,其特征在于,所述融合导航系统具体包括:毫米波导航信息与惯性导航信息的融合处理,其k时刻的状态方程为:其中 和 由输出速度增量解算得到,ΔT表示融合核心系统设置的采样周期;

以毫米波导航系统输出的导航位置作为观测量,建立量测方程:

k时刻的量测方程:

Zk=HZk+R

其中 R表示基于毫米波雷达导航系统的量测噪声;根据捷联式惯性导航原理,建立安防机器人惯性导航数学模型,开展基于惯性传感器的机器人导航实验,获取导航误差数据;根据机器人运动原理构建状态方程。

3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波与惯性融合导航的安防机器人,其特征在于,融合导航系统的工作流程包括:实时处理的捷联式惯性导航系统输出的机器人运动状态下的速度增量,并转换为每一个采样周期的平均速度;

实时处理并获取的机器人所在空间姿态信息;

将利用所述的平均速度与机器人姿态信息,解算的机器人所在空间位置信息;

利用滤波算法更新迭代,具体处理如下:

状态估计方程:

根据量测方程与状态估计方程计算最优估计更新方程,获得基于毫米波与惯性融合的安防机器人导航系统的位置信息:Sk=Sk/k‑1+Kk(Zk‑HkSk/k‑1)。