本发明涉及无外部基站的移动机器人定位导航，尤其是涉及一种基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法及系统。
背景技术：
1、随着科学的进步和发展，具有伴随、跟随功能的移动机器人技术在农业生产、日常生活中有越来越多的应用，移动机器人在没有外部操控的情况下检测并且跟随目标人员在任意环境下移动。随着近年来对跟随机器人的研究不断深入，越来越多的具有跟随功能的移动机器人应用于工厂、医院、商场、等领域，解决人们日常的载物随行，跟随巡检等工作需求。在工作完成后往往需要人为遥控或操作才能返回机器人的运载舱或充电舱中，移动机器人的自动进舱功能就显得非常必要，要能实现准确的进舱，移动机器人和运载舱的相对定位及路径规划是解决该问题的关键。
2、由于跟随机器人的使用场景常常会出现在厂房内、野外、地下车库中，这些场所往往无法通过外部的卫星或基站获取定位信息，同时其定位精度较低，无法满足移动机器人进舱的精度要求。slam定位对设备硬件要求过高，需要3d激光雷达等设备，同时使用场景对视野有要求，在移动机器人离运载舱较远的时候，无法通过轮廓信息判断具体位置信息。惯性导航的精度取决于移动机器人移动的距离造成的误差累积，以及轮子打滑等情况，当移动机器人有外部碰撞发生移位时，都无法正确定位和导航。所以跟随机器人常常采用aoa信标的方式实现定位与跟随。目前，aoa定位技术常用于跟随或者角度定位的项目，由于单纯的aoa定位技术只能给出aoa-tag(标签)相对与aoa-anchor(基站)的角度、相对距离，无法满足要精确定位的进舱动作。此外，现有技术如果单纯使用aoa定位，机器人上通常安装aoa-anchor(基站)，使用人员身上携带aoa-tag(标签)，每一个aoa-anchor(基站)只能获取一个aoa-tag(标签)的距离和角度信息。移动机器人如果回舱，就需要额外安装一套aoa-anchor(基站)，同时到达角aoa定位只能给出以aoa-anchor(基站)为原点的极坐标信息，无法给出以aoa-tag(标签)为原点的直角坐标信息，只能实现接近移动运载舱，到达以aoa-tag(标签)为圆心的对应距离的圆上，无法获知是否在进舱口对应的法线上。如果跟随机器人进舱前的路径如果不与运载舱法线重合，就会出现进舱失败、和移动舱碰撞的情况。因此，如何提高利用aoa定位技术实现跟随机器人进舱的精确性，同时扩大该定位技术的场景适应性，成为本领域需要解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的跟随机器人进舱过程中aoa技术的场景适应性和定位精确性均有待提高的缺陷而提供一种基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法及系统。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据本发明的第一方面，提供一种基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法，包括以下步骤：
4、s1，获取跟随机器人出舱前的初始机器人方位信息、初始移动运载舱方位信息、操作人员aoa-tag标签信息和移动运载舱aoa-tag标签信息，所述操作人员aoa-tag标签和所述移动运载舱aoa-tag标签选用通道不同；
5、s2，当所述跟随机器人出舱到达第一归位点时，获取当前的移动运载舱方位信息和当前的移动运载舱方位信息，所述第一归位点位于所述移动运载舱的中线上，且与所述移动运载舱的距离利用方位信息和所述移动运载舱aoa-tag标签信息计算得到；
6、s3，当所述跟随机器人完成跟随任务时，接收归舱指令，所述跟随任务以所述操作人员aoa-tag标签信息为跟随移动目标；
7、s4，获取当前的机器人方位信息和当前的移动运载舱方位信息，并沿第一路径返回移动运载舱，所述第一路径利用人工势场法规划，且起始位置为所述当前的机器人方位信息、目标位置为所述移动运载舱aoa-tag标签信息；
8、s5，当所述跟随机器人与所述移动运载舱之间的距离达到预设的距离阈值时，接收进舱指令；
9、s6，获取当前的机器人方位信息和当前的移动运载舱方位信息，并沿第二路径返回所述第一归位点，所述第二路径利用反馈控制法规划，且起始位置为所述当前的机器人方位信息、目标位置为所述第一归位点、目标方向为所述移动运载舱法线方向的反向；
10、s7，当所述跟随机器人到达所述第一归位点时，接收并执行自动进舱指令，完成进舱。
11、作为优选的技术方案，在所述沿第一路径返回移动运载舱的过程中，包括检测所述第一路径上是否存在障碍物，若为是，则利用人工势场法的合力确定所述跟随机器人的航向角、利用动态窗口法确定所述跟随机器人的速度和角速度进行局部避障，并在所述局部避障完成时，重新沿所述第一路径返回所述移动运载舱，若为否，则不进行局部避障。
12、作为优选的技术方案，所述初始机器人方位信息和所述初始移动运载舱方位信息均存储于所述跟随机器人的eeprom中。
13、作为优选的技术方案，所述s7具体包括：
14、当所述跟随机器人与所述移动运载舱的内壁达到预设的停车距离后，进入停车模式，关闭用电设备，进入待机充电模式；
15、当检测到所述跟随机器人已经进舱、停车状态正常时，升起所述移动运载舱，进舱结束。
16、根据本发明的第二方面，提供一种基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，所述系统包括跟随机器人和用于停放所述跟随机器人的移动运载舱，所述系统用于实现所述的方法，所述跟随机器人安装有通讯连接的第一控制模块、第一电子罗盘传感器、tof测距传感器、aoa-anchor基站、第一无线通讯模块、充电电池、电机驱动器、遥控器和操作人员aoa-tag标签设备，所述移动运载舱安装有通讯连接的第二控制模块、升降舱模块、第二电子罗盘传感器、接近传感器、移动运载舱aoa-tag标签、第二无线通讯模块。
17、作为优选的技术方案，所述跟随机器人包括两轮/多轮以及底盘。
18、作为优选的技术方案，所述底盘的转向模式包括差动转向模式、阿克曼转向模式、独立转向模式、麦克纳姆轮模式和全向轮模式。
19、作为优选的技术方案，所述第一电子罗盘传感器和所述第二电子罗盘传感器均为具有地磁场强度测量功能的芯片元件。
20、作为优选的技术方案，所述移动运载舱整体安装于陆上交通工具或水上交通工具。
21、作为优选的技术方案，所述tof测距传感器安装于所述跟随机器人的前部且至少包括5个。
22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23、1、本发明通过获取并融合移动运载舱的方位信息和跟随机器人的方位信息，同时获取通道不同的操作人员aoa-tag标签信息和移动运载舱aoa-tag标签信息，利用移动运载舱和随机器人的方位信息、以及移动运载舱aoa-tag标签信息计算得到第一归位点的位置，在进舱前将第二路径规划到在运载舱中线上的第一归位点，到达该点位且航向角与运载舱法线方向的反向重合后直接入舱，一方面能够实现一个aoa-anchor切换测量不同的信标，通过单一aoa-anchor设备实现跟随与回舱，另一方面能够实现不需要在外部安装辅助定位基站等设备，移动运载舱可以随意停在任何地方释放跟随机器人，可以适用于如地下停车场等无法接收卫星定位信号的地方，显著提高了aoa技术的场景适应性，同时保证了定位精确性；
24、2、本发明在回舱的过程中，利用人工势场法(apf)实现归舱路径规划机器人航向角的确定，利用动态窗口法(dwa)实现障碍物的局部避障时机器人的速度和角速度限定，同时利用反馈控制法实现到第一归位点的路径规划，进一步提高了路径规划的精确性，进而提高定位精确性；
25、3、本发明只依靠跟随机器人和移动运载舱上的电子罗盘传感器和aoa定位传感器，实现相对位置、姿态信息的测量计算及路径的规划，能够不依靠外部导航信息，返回并进入移动运载舱；
26、4、本发明可以在没有外部干预控制的情况下实现全自动进舱，回舱路径不受障碍物影响，不受环境光线影响，相对于其它定位方式成本低、移动运载舱定位精确，跟随机器人回舱动作迅速，进舱过程不与舱壁碰撞。
1.一种基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法，其特征在于，在所述沿第一路径返回移动运载舱的过程中，包括检测所述第一路径上是否存在障碍物，若为是，则利用人工势场法的合力确定所述跟随机器人的航向角、利用动态窗口法确定所述跟随机器人的速度和角速度进行局部避障，并在所述局部避障完成时，重新沿所述第一路径返回所述移动运载舱，若为否，则不进行局部避障。
3.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法，其特征在于，所述初始机器人方位信息和所述初始移动运载舱方位信息均存储于所述跟随机器人的eeprom中。
4.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱方法，其特征在于，所述s7具体包括：
5.一种基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，所述系统包括跟随机器人和用于停放所述跟随机器人的移动运载舱，其特征在于，所述系统用于实现如权利要求1-4任一所述的方法，所述跟随机器人安装有通讯连接的第一控制模块、第一电子罗盘传感器、tof测距传感器、aoa-anchor基站、第一无线通讯模块、充电电池、电机驱动器、遥控器和操作人员aoa-tag标签设备，所述移动运载舱安装有通讯连接的第二控制模块、升降舱模块、第二电子罗盘传感器、接近传感器、移动运载舱aoa-tag标签、第二无线通讯模块。
6.根据权利要求5所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，其特征在于，所述跟随机器人包括两轮/多轮以及底盘。
7.根据权利要求6所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，其特征在于，所述底盘的转向模式包括差动转向模式、阿克曼转向模式、独立转向模式、麦克纳姆轮模式和全向轮模式。
8.根据权利要求5所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，其特征在于，所述第一电子罗盘传感器和所述第二电子罗盘传感器均为具有地磁场强度测量功能的芯片元件。
9.根据权利要求5所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，其特征在于，所述移动运载舱整体安装于陆上交通工具或水上交通工具。
10.根据权利要求5所述的基于多传感器融合的跟随机器人自动进舱系统，其特征在于，所述tof测距传感器安装于所述跟随机器人的前部且至少包括5个。
