移动机器人坐标定位方案
机器人学-机器人坐标系及其标定原理
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六自由度工业机器人实训项目指导书
坐标系管理界面的底部并排放置四个功能图标。 {复制数据}用于复制所选中的坐标系的 (X、Y、Z、A、B、C) 数据，数据复制成功 后，用户可以在坐标系手动修改界面进行数据粘贴操作。 {设为当前}用于修改机器人系统的当前坐标系。用户长按{设为当前}图标 1 秒钟， 可以将当前正在操作的 坐标系统设置为机器人使用的坐标系统。 {修改}用于用户手动修改坐标系数据。坐标系手动修改操作界面如图 3-3 所示：
（3）选择“三点法模式 1”，以世界坐标系 WCS 的 7 号坐标系为例，世界坐标系 的标定步骤如下：
第一步，从坐标系选项卡选择 WCS 坐标系，并选中 7 号坐标系。然后点击{设置} 按钮，进入坐标系标定设置界面。
图 3-6 坐标系选项卡
第二步：确保{三点法模式 1}处于被选中的状态，而且原点偏置功能未使用；使用 XY 平面法。点击{下一步}，进入位置点记录界面。
（4）关闭机器人，参照 2.3.4。
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轴名称 X轴
六自由度工业机器人实训项目指导书
表 3-1 机器人坐标系 KCS 的轴
操作键
动作
沿 KCS 坐标系 X 轴平移运动
移动轴 Y 轴 Z轴
沿 KCS 坐标系 Y 轴平移运动 沿 KCS 坐标系 Z 轴平移运动
绕X 轴
绕KCS 坐标的X 轴旋转运动
旋转轴 绕Y 轴
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六自由度工业机器人实训项目指导书
图 3-4 三点法模式及 XY/YZ/ZX 平面选择
使用{三点法模式 1}，用户示教三个点为：原点 P1，X 轴（Y 轴或 Z 轴）正轴方向 上的一点 P2，XY 平面（YZ 平面或 ZX 平面）上的一点 P3。用这种方法示教的坐标系的 原点位于 P1 点，X 轴（Y 轴或 Z 轴）的正方向从 P1 点指向 P2 点，P3 点位于 Y 轴（Z 轴或 X 轴）正方向一侧。
机器人的导航与定位
机器人的导航与定位随着科技的不断发展，机器人技术正在逐渐融入人们的生活中。
而机器人的导航与定位技术，则是使机器人能够自主地感知和定位周围环境，准确地进行导航和移动的关键。
一、概述机器人的导航与定位技术是指通过各种感知设备和计算方法，使机器人能够感知周围环境，识别位置与方位，并据此安排导航路径，实现自主移动和定位的技术。
导航与定位技术在机器人应用中具有重要地位，它不仅可以帮助机器人完成各种任务，还可以提高机器人的工作效率和安全性。
二、视觉导航与定位视觉导航与定位是一种常见的导航技术，它利用机器人上的摄像头或激光雷达等设备获取环境图像或点云数据，并通过图像处理和计算机视觉算法进行目标检测与识别，从而实现机器人在未知环境中的导航和定位。
这种技术广泛应用于自动驾驶汽车、无人机等领域。
三、惯性导航与定位惯性导航与定位是利用机器人上的惯性传感器，如加速度计和陀螺仪，来感知机器人的加速度和角速度，进而计算出机器人的位姿和位置的一种导航技术。
惯性导航与定位具有实时性好、精度高等优点，在室内环境中常常与其他导航技术相结合使用，提高导航和定位的准确性。
四、声学导航与定位声学导航与定位是利用声纳、超声波等设备，通过测量声波的传播时间和强度，结合声波反射原理，确定机器人与周围障碍物的距离和位置，并根据测量结果进行路径规划和导航。
这种技术主要应用于水下机器人、无人潜艇等领域。
五、卫星导航与定位卫星导航与定位是利用全球定位系统（GPS）等卫星导航系统，通过接收卫星发射的信号，计算机器人的经纬度坐标，实现全球范围的导航和定位。
卫星导航与定位技术已经广泛应用于无人飞行器、航海导航等领域，并取得了显著的成果。
六、融合导航与定位融合导航与定位是指将多种导航技术相结合，通过数据融合和算法优化，提高机器人导航与定位的准确性和鲁棒性。
常见的融合导航方法有卡尔曼滤波、粒子滤波等。
融合导航技术能够在不同环境和任务中适应性较强，已经成为机器人导航与定位研究的热点之一。
基于双编码盘定位的移动机器人高精度坐标矫正方法
左 右编码 器 的脉冲 计数 值变化 量 。
Ｍ Ｅ＿ Ｎ— Ｄ ｓ Ｌ ＝ Ｃ Ｐ ＲＣ Ｔ Ｌ ｉ
＿
＿
Ｄ ｌａｎ ＬＤ ｓ ｅｔＣ ｔ ：ｉ
走方 向 的坐 标精 度 ，保 证 行走 时坐 标 定位 在 垂 直 方 向 的坐 标 误差 在 １以 ％ 内 。其 具体 实现 过程 如下 ： （ 四个 步骤 与前 一过 程一 致 ，仅列 出第 五 步 前 及之 后的 步骤 ）：
解决 机器 人长 距 离行 走 的定位 精度 问题 ，在条件 有 限 的条件 下 可 以采 取 下
然 而 ，在实 际应 用 中由于 安装 于驱 动轮 两侧 的编 码盘 直径 不一 致 ，参 数测量 精度 不够 高 ，机 械结 构左右 对称 度不 够等 等原 因 ，Ｃ ＿Ｅ＿ Ｎ Ｍ ＰＲＣ Ｔ ＿ ，Ｃ— Ｅ —Ｎ＿ ，ＬＮＴ ＿Ｏ Ｅ￣ 个坐 标 定位 算法 中至 关重 要 的常 Ｌ ＭＰ Ｒｃ ＴＲ Ｅ ＧＨＣ ＤＲ 量通 常精 度不 足 以保 证上 述算 法得 出的坐 标具 有足 够 高的 定位 精度 。因此
Hale Waihona Puke 茎Ａ Ｖ Ｂ｜ Ｉ Ｉ ￣
基 于 双 编 码盘 定 位 的移 动 机 器 人 高精 度 坐 标 矫 正 方 法
李 洁１ 龙 也２ 谢博文３ 骆 毅
（． １武汉大学 国际软件学院软件工程系 湖 北 武汉 ４０７ ；２武汉大学 动力与机械学院 自动化 系 湖北 武汉 ４０７； ３０２ ． ３０２ ３ 武汉大学 计算机学院计算机 科学与技术系 湖北 武汉 ４ ０ ７ ；４ 武汉大学 电子信 息学 院测控技术与仪器系 湖北 武汉 ４ ０ ７ ） ． ３０２ ． ３０ ２
移动机器人坐标系转世界坐标系的原理
移动机器人坐标系转世界坐标系的原理移动机器人坐标系与世界坐标系之间的转换原理主要涉及三个坐标系：物体坐标系、惯性坐标系和世界坐标系。
物体坐标系是与机器人本身固连的一个参考坐标系，用于描述机器人的运动状态。
机器人上的各个关节和传感器都相对于这个物体坐标系进行定位和描述。
惯性坐标系是为了简化世界坐标系到机器人坐标系的转换而引入的中间坐标系。
它的原点与物体坐标系的原点重合，惯性坐标系的轴平行于世界坐标系的轴。
物体坐标系转换到惯性坐标系只需旋转，而从惯性坐标系转换到世界坐标系只需平移。
世界坐标系是一个特殊的坐标系，它建立了描述其他坐标系所需要的参考系。
世界坐标系是固定的，而机器人在世界坐标系中的位置和姿态会随着移动而改变。
机器人坐标系与世界坐标系之间的转换需要综合考虑平移和旋转的影响。
具体来说，当机器人移动时，其物体坐标系的原点在惯性坐标系中会发生平移，而当机器人进行旋转时，惯性坐标系相对于世界坐标系会发生旋转。
这种转换可以通过一系列的矩阵变换来实现，包括平移矩阵和旋转变换矩阵。
要完成从机器人坐标系到世界坐标系的转换，首先需要将机器人当前的状态表示为相对于物体坐标系的齐次变换矩阵（包括平移和旋转）。
然后，将这个齐次变换矩阵与从世界坐标系到物体坐标系的齐次变换矩阵相乘，即可得到从世界坐标系到机器人当前状态的齐次变换矩阵。
通过这个矩阵，可以找到机器人在世界坐标系中的位置和姿态。
同时，如果机器人在运行过程中引入了外部行走轴或旋转轴，还需要通过测量一些机械参数将机器人基坐标系变换到外部行走轴上，这种变换也称为D-H变换。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅移动机器人相关书籍或咨询该领域专家。
《移动机器人》课件-第6章 移动机器人定位
传感器动态性能还需提高，地图 存在累积误差
12
6.2 同时定位与建图
SLAM问题可以描述为： 移动机器人从一个未知的位置出发，在不断运动过程中根据自身位姿估计和传感 器对环境的感知构建增量式地图，同时利用该地图更新自己的定位。 定位与增量式建图融为一体，而不是独立的两个阶段。
13 移动机器人
6.2 同时定位与建图
移动机器人
三维正态分布曲线
6.3.2 NDT算法
6.3.2 NDT算法
移动机器人
6.3.2 NDT算法
移动机器人
6.3.2 NDT算法
相对于ICP需要剔除不合适的点对（点对距离过大、包含边界点的点对）的 缺点，NDT算法不需要消耗大量的代价计算最近邻搜索匹配点，并且概率密度函 数在两幅图像采集之间的时间可以离线计算出来；
Cartographer的核心内容是融合多传感器数据的局部子图创建以及闭环检测 中的扫描匹配。该方案的不足是没有对闭环检测结果进行验证，在几何对称的环 境中，容易引起错误的闭环。
移动机器人
6.3 基于激光雷达的定位方法
激光雷达点云数据是由一系列空间中的点组成的，属于稀疏点云。 点云处理的关键在于点云的配准，是通过点云构建完整场景的基础。 目前常用的配准方法有ICP算法和 NDT算法。 典型的基于激光雷达的定位方法主要有：Gmapping、Hector SLAM和
6.1 定位
（2）绝对定位 原理：确定移动机器人在全局参考框架下的位姿信息。 特点：不依赖于时间和初始位姿，没有累积误差问题，具有精度高、可靠性
强等特点。 采用导航信标、主动或被动标识、地图匹配、全球定位系统、超声波、激光、
卫星、WiFi、射频标签、蓝牙、超宽带、计算机视觉等定位方法，属于绝对定位 范围。
简述工业机器人工件坐标的标定方法以及工件坐标系的作用
简述工业机器人工件坐标的标定方法以及工件坐标系的作用随着工业机器人在生产领域的应用越来越广泛，工件坐标的准确性和标定成为了至关重要的问题。
工件坐标标定是指确定机器人执行任务时所需的工件坐标与实际工件位置之间的准确关系。
下面我们来详细讨论一下工业机器人工件坐标的标定方法以及工件坐标系的作用。
工业机器人工件坐标的标定方法：1. 基础标定法：将工件放置在已知坐标系中，通过测量机器人末端执行器相对于该已知坐标系的坐标来计算工件坐标系的位置和姿态。
2. 视觉标定法：通过机器视觉系统获取工件的图像信息，利用图像处理算法计算工件的位置和姿态。
3. 可编程标定法：通过程序控制机器人执行一系列特定动作，例如移动、旋转等，然后通过测量工具对机器人末端执行器的坐标进行测量，从而计算出工件坐标系的位置和姿态。
4. 双手协作标定法：利用机器人两只手的力和力矩传感器测量工件的力和力矩，通过对力和力矩的分析和计算，得到工件坐标系的位置和姿态。
工件坐标系的作用：1. 精确定位：工件坐标系的确定可以帮助机器人实现对工件的精确定位，从而有效地进行操作和加工。
2. 姿态控制：工件坐标系可以帮助机器人确定工件的姿态，从而实现准确的操作和加工。
3. 任务规划：工件坐标系可以作为规划的参考，帮助机器人确定路径和动作，从而实现高效的任务规划和执行。
4. 误差补偿：通过对工件坐标系的标定，可以计算出机器人在执行任务时可能存在的误差，从而进行误差补偿，提高生产的准确性和一致性。
5. 自动化生产：工件坐标系的准确标定可以使机器人实现自动化生产，提高生产效率和品质。
在工业机器人应用中，工件坐标的标定方法和工件坐标系的作用至关重要。
通过选择适合的标定方法，并正确理解和利用工件坐标系的作用，可以提高工业机器人的生产效率和准确性，促进制造业的发展。
abb机器人工件坐标建立的步骤
一、概述随着工业自动化的不断发展，机器人在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
ABB机器人作为国际知名的机器人品牌，广泛应用于汽车制造、电子设备组装、金属加工等领域。
在ABB机器人的操作中，准确建立工件坐标是非常重要的一步，它直接影响着机器人的工作精度和效率。
本文将介绍ABB机器人工件坐标建立的步骤，帮助读者更好地理解和掌握这一关键技术。
二、步骤一：准备工作1.1 确认工件布置和安装好机器人手持器。
1.2 开启机器人控制器，登入到机器人控制系统中。
1.3 确认机器人控制器与工件的距离，保证机器人操作区域的安全。
三、步骤二：建立基坐标2.1 使用机器人手持器或者程序编程设备，进入示教模式。
2.2 移动机器人到基准位置，使得末端执行器的原点与机器人基坐标重合。
2.3 在机器人控制器中设置基座坐标系原点，记录好坐标值。
四、步骤三：使用外部传感器校准工件坐标3.1 安装外部传感器，如视觉传感器、激光传感器等，并与机器人控制系统进行实时连接。
3.2 在示教模式下，通过外部传感器对工件进行扫描或者识别，获取其实际位置和姿态数据。
3.3 将外部传感器获取的数据与机器人基坐标系进行转换，得到工件在机器人坐标系中的位置和姿态信息。
五、步骤四：校准工件坐标4.1 使用机器人手持器或者程序编程设备，将机器人移动到工件的参考点处。
4.2 在示教模式下，利用外部传感器获取参考点的位置和姿态数据，并记录下来。
4.3 在机器人控制器中，对工件坐标进行校准，使得机器人能够准确识别和定位工件。
六、步骤五：保存和验证工件坐标5.1 确认工件坐标已经校准成功，并进行保存。
5.2 通过设定不同的姿态姿势，测试机器人是否能够准确地识别和定位工件。
5.3 对工件坐标进行进一步验证，保证机器人的操作精度和稳定性。
七、总结通过以上步骤，ABB机器人工件坐标的建立就完成了。
在实际操作中，根据具体的工件形状、尺寸和要求，可能会有一些细微的差别，需要根据实际情况进行调整和优化。
机器人坐标系标定实验报告
机器人坐标系标定实验报告1. 背景机器人坐标系标定是机器人定位和导航的重要一环，通过标定机器人坐标系可以准确地获取机器人在三维空间中的位置和姿态信息，为机器人的运动控制和路径规划提供基础数据。
在现实应用中，由于机器人的机械结构、传感器误差等因素，机器人坐标系与真实世界坐标系之间存在一定的偏差，因此需要进行坐标系标定来校正这些偏差。
2. 分析2.1 坐标系标定原理机器人坐标系标定的原理是通过对机器人在不同位置和姿态下的数据进行观测和分析，推导出机器人坐标系与真实世界坐标系之间的转换关系。
一般采用的方法是使用外部传感器测量机器人的位置和姿态，并与机器人自身的传感器数据进行比较，通过最小二乘法等数学方法计算得到坐标系转换的参数。
2.2 实验步骤机器人坐标系标定的实验步骤如下：1.放置参考标定板：在实验环境中放置一个已知坐标的标定板，该标定板上有一组已知的特征点，用于后续的观测和分析。
2.观测数据采集：将机器人移动到不同的位置和姿态下，使用外部传感器（如激光雷达或视觉系统）获取机器人在真实世界坐标系下的位置和姿态数据。
3.机器人传感器数据采集：同时记录机器人自身传感器（如惯性测量单元或编码器）获取的位置和姿态数据。
4.数据处理：将观测数据和机器人传感器数据进行比较和分析，通过最小二乘法等数学方法计算得到机器人坐标系与真实世界坐标系之间的转换关系。
5.标定参数计算：根据数据处理的结果，计算出坐标系转换的参数，如平移向量和旋转矩阵。
6.校准验证：将机器人移动到新的位置和姿态下，使用标定参数将机器人的位置和姿态转换到真实世界坐标系下，与外部传感器获取的数据进行比较，验证标定结果的准确性。
2.3 实验注意事项在进行机器人坐标系标定实验时，需要注意以下几点：1.标定板的放置要稳定，特征点要清晰可见，以保证观测数据的准确性。
2.机器人的移动要充分覆盖工作空间，以获取足够多的观测数据。
3.外部传感器的精度和准确性对标定结果有重要影响，应选择合适的传感器进行实验。
机器人路径规划
下面针对关节角轨迹规划问题，给出常用的三次样条插值函数的定义。
在机械臂运行区间[0, tf]上取n+1个时间节点 0=t0 <t1 <t2 <<tn-1 <tn=tf 给出这些点处关节角位置函数的n+1个值（路径点）qi，i=0,1,2,…,n。要求
7-11
到式7-10和式7-11得：
q0 a0
ห้องสมุดไป่ตู้
其解为：
a0 q0
a1 0
a2
3
t
2 f
(q f
-q0 )
a3
2
t
3 f
(q0
-q f
)
满足约束条件的三次多项式：
qf
a0 a1t f
a2t
2 f
a3t
3 f
0 a1
0 a1 2a2t f
3a3t
2 f
1 d0
2
p - pobs d0 else
7-2
其中pobs是障碍物位置，d0表示障碍物的影响范围，h是斥力常数。
根据（7-1）式，机器人受到的引力表示为
Fatt p -Eatt K pgoal - p
7-3
3
障碍点 O Fatt
目标点 G
机器人
位置点 p
移动机器人路径规划
移动机器人路径规划的任务: 已知机器人初始位姿、给定机器人的目标位 姿，在存在障碍的环境中规划一条无碰撞、时间（能量）最优的路径。 若已知环境地图，即已知机器人模型和障碍模型，可采用基于模型的路径规划。
深度解析：移动机器人的几种视觉算法
深度解析：移动机器人的几种视觉算法谈到移动机器人，大家第一印象可能是服务机器人，实际上无人驾驶汽车、可自主飞行的无人机等等都属于移动机器人范畴。
它们能和人一样能够在特定的环境下自由行走／飞行，都依赖于各自的定位导航、路径规划以及避障等功能，而视觉算法则是实现这些功能关键技术。
如果对移动机器人视觉算法进行拆解，你就会发现获取物体深度信息、定位导航以及壁障等都是基于不同的视觉算法，本文就带大家聊一聊几种不同但又必不可少的视觉算法组成。
本文作者陈子冲，系Segway Robot架构师和算法负责人。
移动机器人的视觉算法种类Q：实现定位导航、路径规划以及避障，那么这些过程中需要哪些算法的支持？谈起移动机器人，很多人想到的需求可能是这样的：“嘿，你能不能去那边帮我拿一杯热拿铁过来。
”这个听上去对普通人很简单的任务，在机器人的世界里，却充满了各种挑战。
为了完成这个任务，机器人首先需要载入周围环境的地图，精确定位自己在地图中的位置，然后根据地图进行路径规划控制自己完成移动。
而在移动的过程中，机器人还需要根据现场环境的三维深度信息，实时的躲避障碍物直至到达最终目标点。
在这一连串机器人的思考过程中，可以分解为如下几部分的视觉算法：1．深度信息提取2．视觉导航3．视觉避障后面我们会详细说这些算法，而这些算法的基础，是机器人脑袋上的视觉传感器。
视觉算法的基础：传感器Q：智能手机上的摄像头可以作为机器人的眼睛吗？所有视觉算法的基础说到底来自于机器人脑袋上的视觉传感器，就好比人的眼睛和夜间视力非常好的动物相比，表现出来的感知能力是完全不同的。
同样的，一个眼睛的动物对世界的感知能力也要差于两个眼睛的动物。
每个人手中的智能手机摄像头其实就可以作为机器人的眼睛，当下非常流行的Pokeman Go游戏就使用了计算机视觉技术来达成AR 的效果。
像上图画的那样，一个智能手机中摄像头模组，其内部包含如下几个重要的组件：镜头，IR filter，CMOS sensor。
fanuc机器人工具坐标系设定方法
fanuc机器人工具坐标系设定方法
Fanuc机器人是一种高效、灵活的工业机器人，具有广泛的应用。
在使用Fanuc机器人时，正确设置工具坐标系非常重要。
本文将介绍Fanuc机器人工具坐标系的设定方法。
1. 确定工具坐标系位置
首先，需要确定工具坐标系的位置。
可以通过手动移动机器人手臂，并使用示教器上的功能键，在机器人控制器上记录机器人手臂末端的位置。
这个位置就是工具坐标系的原点。
2. 确定工具坐标系姿态
确定工具坐标系的位置后，需要确定工具坐标系的姿态。
这可以通过示教器上的功能键，在机器人控制器上记录机器人手臂的姿态。
3. 设定工具坐标系参数
根据工具的实际尺寸和形状，需要设定工具坐标系的参数。
这可以通过示教器上的功能键，在机器人控制器上设置工具坐标系的参数。
4. 确认工具坐标系
设定完成后，需要确认工具坐标系是否正确。
可以通过手动移动机器人手臂，使末端在不同位置和姿态下移动，检查机器人手臂末端的位置是否符合预期。
通过这些步骤，可以正确设置Fanuc机器人的工具坐标系，从而提高机器人的工作效率和精度。
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ROS移动机器人导航与定位
• 208•ELECTRONICS WORLD ・技术交流机器人的每一次进步都会引起全世界的关注，智能机器人的发展给我们的生产、生活都带来了不可思议的转变。
智能机器人开发平台主要采用的是ROS 操作系统，ROS 对于机器人的开发来说是性价比比较高的开发平台，它方便去移植整合开发代码。
对于移动的机器人来说，在开发中最重要的就是可以实现自主的导航定位与避障。
ROS 为我们提供了专门的导航功能集包，可以结合后端的算法进行精准的导航与定位。
1.ROS简介机器人操作系统（Robot Operating System ）是机器人开发上位机的软件平台。
它提供了包管理，底层设备控制，节点之间的消息传递等服务；它也可以实现代码的重用，整合不同的工程，实现算法的编程等。
ROS 系统的通信是靠着节点之间的通信，每个节点都可以看作一个进程，进程之间是靠着节点之间订阅与发布的相同的话题来进行通信（刘锦涛，张瑞雷，等译.ROS 机器人程序设计(原书第2版)：机械工业出版社，2016），即参数或者数据的发送与接收。
ROS 中每一个功能都是一个包，包与包之间数据交换采用的是TCP/IP 协议，这部分对用户隐藏，用户只需要发布或订阅主题提供或取得数据即可进行通信。
启动节点之前要启动节点管理器，如果想要启动多节点则需要将它们写在launch 文件中便于管理。
ROS 常用的工具为可以实现三维可视化的RVIZ 与GUI 的软件工具RQT 。
2.导航与定位导航与定位是移动机器人在开发时经常使用的功能。
在陌生的环境中，机器人要想知道自己所处的环境与位置就需要使用激光雷达传感器或视觉传感器来获取数据进行地图构建,然后根据构建的地图找到自己的位置，根据接收到目标位置的指令规划出最优的路径进行导航。
ROS 中提供了以下三个基本功能包来实现导航定位（陈金宝，韩东，聂宏，陈萌编著.开源机器人控制基础：上海交通大学出版社，2016）：gmapping ：根据激光雷达传感器或视觉传感器获取的数据构建地图。
自主移动机器人的实现方法
自主移动机器人的实现方法随着科技的不断进步，自主移动机器人在工业、医疗、农业等领域的应用越来越广泛。
自主移动机器人是一种能够独立完成任务的智能机器人，它具备感知、决策和执行能力，能够自主规划路径、避开障碍物并完成指定的任务。
实现自主移动机器人需要借助先进的技术和方法，下面将对几种常见的实现方法进行介绍。
一、机器人定位与导航技术定位与导航是自主移动机器人最基础也是最关键的一步。
常见的定位与导航技术包括全球定位系统（GPS）、激光雷达、视觉传感器等。
1. 全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航的定位技术，它利用卫星信号来计算机器人的位置信息。
通过安装GPS接收器，机器人可以准确地获取自身的经纬度坐标，从而实现全球范围内的定位与导航。
然而，GPS在室内环境或者高密度城市地区的信号弱、多路径效应等问题限制了其应用。
2. 激光雷达激光雷达是一种使用激光束进行测距和地图构建的传感器。
机器人搭载激光雷达可以通过扫描周围环境来生成三维地图，并实现高精度的室内定位和导航。
激光雷达具有高精度、高速度的特点，被广泛应用于自主移动机器人的感知系统。
3. 视觉传感器视觉传感器可以通过获取环境中的图像信息来实现机器人的定位和导航。
一种常见的视觉传感器是摄像头，它可以捕捉实时图像并通过图像处理算法来提取特征点，进而实现机器人的定位和导航。
视觉传感器具有信息量大、感知能力强的特点，但对光线和环境条件的要求较高。
二、路径规划与避障算法路径规划与避障是机器人实现自主移动的核心任务。
根据机器人所处的环境和任务要求，选择合适的路径规划和避障算法十分关键。
1. A*算法A*算法是一种经典的图搜索算法，适用于离散的路径规划问题。
它通过估算每个节点到目标节点的代价函数，选择代价最小的路径来进行搜索。
A*算法简单高效，能够得到最优解，因此在自主移动机器人中得到了广泛应用。
2. 动态窗口法动态窗口法是一种常用的避障算法，它通过定义机器人的运动窗口和障碍物的情况，动态地调整机器人的速度和角度，使机器人能够自主避开障碍物，规划安全的路径。
移动机器人开发技术(激光SLAM)第10课 机器人的定位及控制
视觉
IMU
光电编码器
．．．
建立全局地图
机器人定位
路径规划
移动控制
速度控制
转向控制
之前内容
本讲内容
我在哪？ 我要去哪里？ 我该如何去？
２
机器人控制系统
北邮移动机器人与智能技术实验室 编
第10课 机器人的移动控制
2.1 机器人控制系统结构
机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统： 非线性系统。引起机器人非线性因素很多，机器人的结构、传动件、驱动元件等都会引起系统的非线性。 多节点组成的一个多变量控制系统，且各节点间具有耦合作用。 是一个时变系统，其动力学参数随着运动位置的变化而变化。 是一个最优化系统，根据环境和任务要求选择最优化输出
行动
五官
传感器
大脑
处理器
大脑
处理器
外设
身体
人类
机器
最优化处理
目标识别
控制
数据处理
计算
流程
自主系统的目标是在无人干预的环境中工作。系统需要能够理解自身及周围环境，才能确定要采取的路径，以及让系统遵循该路径所要 下达的正确命令。
自主系统模型
感知
决策
行动
流程
真实的世界环境
多传感器
传感器标定及数据融合
局部地图
2
自主系统模型
机器人控制系统
第10课 机器人的移动控制
北邮移动机器人与智能技术实验室 编
3
机器人移动模型
4
控制数据的通信模型
5
控制机器人移动
6
误差修正与精确控制
1
自主系统模型
北邮移动机器人与智能技术实验室 编
Turtlebot机器人自主定位导航实验报告
Turtlebot机器人自主定位导航实验报告一、实验目的1．掌握ROS控制真实移动机器人的基本操作；2．理解ROS下的坐标系统及坐标转换关系;3.能够在Turtlebot机器人上，验证基于激光测距传感器的全局定位（amcl）导航（move_base）功能，能够使用gmapping包进行同时定位与地图创建（SLAM)。
二、实验设备1．车载笔记本电脑一台，安装Ubuntul6.04以及ROS Kinect版本；2．Turtlebot2i一台，安装有思岚RPLIDAR A2激光传感器。
三、实验原理1．ROS下的坐标系统及坐标转换关系导航功能包集需要知道传感器、轮子和关节的位置。
我们使用TF(TransformFrame）软件库完成这部分工作，TF软件库使得我们可以向机器人添加更多的传感器和组件，TF会替我们处理这些设备之问的关系。
以Turtlebot机器人为例子，主要介绍map,odom,base_link,base_laser_link坐标系，这也是与gmapping相关的一些坐标系，如图2.3.1所示。
map:地图坐标系，一般设置该坐标系为固定坐标系(fixed frame），一般与机器人所在的世界坐标系一致。
odom：里程计坐标系，这里要区分开odom topic，这是两个概念，一个是坐标系，一个是根据编码器(或者视觉等)计算的里程计。
但是两者也有关系，odom topic转化得位姿矩阵足od0n--sbase_link的tf关系。
机器人运动开始时，odon和map坐标系是重合的。
但是随着时间的推移，里程计不断地会累积误差。
所以后面odom和map坐标系是不重合的，而出现的偏差就是累积误差。
如果想求得map-->odom的tf变换，必领使用一些校正传感器合作校正的package，例如emapping会给出一个位置估计，这可以得到nap->base_Iink的tf，所以估计位置和里程计位置的偏差也就是odom与map的坐标系偏差，由此可以得到map-->odom的tf变换。
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双全 向码 盘 加陀 螺仪 的方 案 在对全 向轮行 走方 案 的
支 持 上 较 为 完 整 ，但 机 器 人 行 走 角 速 度 过 大 时 陀 螺仪
积 分 将 出现 误 差 。而 本 方 案 中 ， 电子 罗 盘 以地 磁 场 作
｛ｉ （ｒ ｓ Ｔ ｓ ＝ １ Ｃ ｅ ｋ ｄ ｉ ｅ ＋ ： ｝ ｆＴ ｕ ｔ ｅｔ ＝） ｈ ｃｅ Ｔｍ ： ＋ ｅ ｓ＂ ｒ ｓＴ ｓ ＝ ；Ｃ ｅｋ ｄ ｉ ｅ０ ） ｌｅＴ ｕ ｔ ｅｔ ０ ｈ ｃｅ Ｔｍ ＝ ； ｛
作 者 结 合 自身工 程 实践 中 的经 验 ，总 结 了几 种 常
用 的坐 标 定 位 方 案 ， 在 实 际应 用 中 都取 得 了较 好 的 效
果 ，获得 了较 高的定 位精 度 。
一
、
定 位 实 现
（ ） 线定 位 一 寻
寻 线定位 方 案主 要依 靠铺 于地 面 的正交场 地 白 线 ，通 过 检测 安装 于 机 器 人 前 端 的巡 线 传 感 器 来检 测
管 网支架 的设计 还有很 多地 方 需要研 究 ， 由于 水平
有 限 ， 仅 以上 述 心 得 与 同行 共 享 ，不 足 之 处还 请 予 以 指 正 。ｏ 参考文献
［ １ 筑 结构 荷 载规 范 （ Ｂ ０ ０— ０ １ ［ ． ］建 Ｇ ５０９ ２０ ）ｓ ］
［］混凝 土 结构 设计 规 范 （ Ｂ ０ １— ０２ ［ ２ Ｇ ５０ ０ ２０ ）Ｓ ］
态控制，轨迹跟踪等各种任 务的前提 。机器人必须准
确 地 知道 自己 的坐 标 位 置及 姿 态 参 数 才 能 正确 准 确 的
坐标 零 点且 行走 正 方 向为９ 。方 向，记 当前 Ｘ Ｏ 坐标 区 间
为ＭＸｘ （ ＋ ）×ｘ ～ Ｍ１ ，当 前Ｙ 标 区 间 为Ｎ ～ （ ＋ ） 坐 ×Ｙ Ｎ １
以 １ ２ １ ５ 放大 系 数 即 可确 保 结 构 安 全 。对 于 大跨 ．～ ．的 度 管 网支 架 的 结构 方 案 ，笔 者倾 向 于选 择 钢 筋 混凝 土 支 架 及 钢 结构 大跨 度 梁 （ 架 ）的 结构 体 系 ， 同 时建 桁 议 跨 度 在 １ 米 以下 的 钢 梁 选 用 热 轧 Ｈ 钢 ， １ ～ １ 米 ５ 型 ５ ８ 的钢 梁 选用 蜂 窝 梁 ， １ 米 以上 的 大跨 度 结 构 选 用钢 桁 ８
（ ） 全 向码 盘加 电子 罗盘 五 双
｛ｉ （ｒ ｓＴ ｓ＝ Ｏ ｛ｒ ｓＴ ｓ＝ ；Ｃ ｅｋ ｄ ｉｅ ｌ ｆＴ ｕ ｔｅ ｔ ＝）Ｔ ｕ ｔｅ ｔ ｌ ｈ ｃ ｅＴ ｍ＝ ：¨
ｉ Ｃ ０ ｓ ｔ ｔ Ｒ ｃ ｒ ＝ １＆ ｒ ｓ ｓ ａ ｅ 二 ） ｆ（ｒ ｓ Ｓ ａ ｅ ｅ ｏ ｄ ＝ ＆ ｃ ｏ ｓ ｔ ｔ ＝ １
一
般 情 况 下 ， 将 高低 管 架 的 垂 直荷 载 和 水 平 推 力 均乘
准 确 性 和 精确 性 ；其 二 是 管道 与支 架 的相 互 关 系 ；其 三 是 支 架 体 系 结构 形 式 的 选择 。相 信 做 好 上 述三 点工
作 ，管 网支架 的设 计一 定会 是成 功 的。
பைடு நூலகம்
执行 命 令 。 因此， 位 问题 是移 动 机器 人 研 究 中的关 键 定
问题 之一 。
×Ｙ（ ， 分别为场地 白线方格ｘ 向上的长度与Ｙ 向 ＸＹ 方 方
上 的长 度 ）。Ｍ 的迭 代 算 法 如 下 （ 感 器 输 入 为０ ，Ｎ 传 时
表 示传 感器 下方 存在 白线 ） ：
［ ３ 结 构设 计 规 范（ Ｂ ５０ ７０３ Ｉ ． 】钢 Ｇ ０ １２０ ）Ｓ ］
进 行 简 单分 析 。管 网 支 架 设 计重 点之 一 是 荷载 取 值 的
（ 责任 编辑 ： 王书 柏）
Ｉ Ｃ ｏ ｓ ｔ ｔ Ｒ ｃ ｒ ＝ Ｏ ＆ ｒ ｓ Ｓｔ ｔ ＝ １ ｆ（ ｒ ｓ Ｓ ａ ｅ ｅ ｏ ｄ ＝ ＆ Ｃ ｏ ｓ ａ ｅ ＝ ）
中 图分 类号 ： ２ ２ ＴＰ ４ 文献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：１ ０ － ３ ４（ ０ １ ２ － ０ ０ ０ ０９ ２７ ２ １ ） １ ０２－ ２
移 动机 器人 的坐标 定位 是 实现机 器人 自主 行走 ，姿
器 ，从左 至 右记 为Ｋ ， ２ Ｋ ， ４ １ Ｋ ， ３ Ｋ 。假 定机 器人 出发点 为
机 器 人 当 前状 态 ，并 依 照 相 应算 法 计 算 出机 器 人 当前 Ｍ ０ ｆ Ｋ ＝ ０ ＆ ４ ＝ ） ｛ｒ ｓ Ｓ ａ ｅ ｌ ｅ ｓ ＝ ；ｉ （ ｌ ＝ ＆ Ｋ ＝ Ｏ Ｃ ｏ ｓ ｔ ｔ ＝ ：） ｌ ｅ
Ｃ ｏｓ Ｓ ａ ｅ ０： ｒ ｓ ｔｔ ＝
坐 标 。具体 如 下 ：机 器人 前 端 安 装 四个 Ｓ Ｃ 激 光传 感 ＩＫ
架 ，以充分 考虑 到建设 投 资和工 程进度 。
三 、 结 语
管 网支 架 的设 计 是 一 项 复 杂 的 课 题 ，且 目前 国 内
尚无 相 应 的管 网支 架 设 计 规 范 出 台 ， 因此 本 文 仅从 概 念 设 计 的 角度 并 结 合 工 程 经验 对 管 网支 架 的 结 构设 计
Ｔ 技术前沿
ｅ ｈｎｏｌ ｙ Ｆｒ ｔ ｏｇ ｏｎｔ ｅ ｉｒ
移 动机 器 人 坐标 定位 方案
张 成
（ 汉 大学动 力 与机械 学院 自动化 系 ， 北 武 汉 ４ ０ ７ 武 湖 ３ ０ ２）
摘要 ： 坐标 定位技 术是 移动机 器人 最基 本也是 最 重要 的技 术之一 。文章介 绍 了移动机 器人 采用的 几种 主要 定 位 方案 且分析 了这 些定位 方案 的基 本思 想和算 法的粗略 实现过 程 ，以及 它们 各 自的优 点与局 限性 。在 工 ，并 程 实践 中，可 以根据 不 同的场合 需要 与精度要 求 ，选择不 同的定位 方案 。 关键词 ： 动机 器人 ；坐标 定位技 术 ；陀螺仪 加单码 盘定位 ； 移 双编码 盘差 动行 走 定位