專利名稱：M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置及相關(guān)移動(dòng)機(jī)器人定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的路標(biāo)設(shè)置和定位方法，具體是一種基于M序列的離散式路標(biāo)設(shè)置方法以及相關(guān)移動(dòng)機(jī)器人定位方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)機(jī)器人在工業(yè)(如自動(dòng)化物流和巡檢)和民用(如智能車和家庭服務(wù)機(jī)器人)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。自定位技術(shù)是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其魯棒性和精確性很大程度上決定了移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的工作效率。移動(dòng)機(jī)器人的自定位技術(shù)一般分為自然路標(biāo)定位和人工路標(biāo)定位兩大類。其中自然路標(biāo)定位方法利用自然環(huán)境中的特征進(jìn)行定位，具有良好的普適性且不需要環(huán)境改造。但這類方法方法復(fù)雜，魯棒性不佳，且定位精度往往受到環(huán)境的影響。人工路標(biāo)輔助定位技術(shù)，是指將路標(biāo)設(shè)置在機(jī)器人工作環(huán)境中，通過(guò)傳感設(shè)備對(duì)路標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自定位。由于該類方法中，路標(biāo)特征穩(wěn)定，系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的魯棒性，所以被廣泛米用。在人工路標(biāo)輔助定位方法中，路標(biāo)的識(shí)別準(zhǔn)確率很大程度上決定了定位方法的魯棒性和工作效率。同時(shí)，在一些條件嚴(yán)苛的復(fù)雜室外環(huán)境中，各種外界干擾，如電磁干擾、光照變化等，也會(huì)對(duì)人工路標(biāo)的識(shí)別帶來(lái)挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員提出了幾種解決方案。例如，中國(guó)發(fā)明專利，公告號(hào)CN102419178A，提出利用一種3X3型點(diǎn)陣式主動(dòng)紅外路標(biāo)帖附與天花板上，并利用機(jī)器人載紅外廣角攝像機(jī)識(shí)別路標(biāo)并計(jì)算機(jī)器人位姿。中國(guó)發(fā)明專利，公告號(hào)CN102735235A，提出一種基于二維碼的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，通過(guò)利用圖像采集裝置獲取環(huán)境圖像，并利用視覺(jué)識(shí)別方法，識(shí)別分布在室內(nèi)環(huán)境中的二維碼標(biāo)簽，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。中國(guó)發(fā)明專利，公告號(hào)CN1707223A，提出一種基于一維條形碼的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，機(jī)器人通過(guò)條碼掃描裝置、譯碼器、電子地圖映射表，實(shí)現(xiàn)對(duì)一維條形碼路標(biāo)的識(shí)別以及機(jī)器人定位。上述方法具有路標(biāo)識(shí)別難度高、抗干擾能力弱等缺點(diǎn)，具體分析如下:1.路標(biāo)識(shí)別難度高:當(dāng)?shù)貓D較大時(shí)，需要使用較多的路標(biāo)。為了區(qū)分所有的路標(biāo)，使得每個(gè)路標(biāo)全局唯一，當(dāng)路標(biāo)特征參數(shù)選取范圍限定時(shí)，較多的路標(biāo)會(huì)導(dǎo)致不同路標(biāo)之間的特征差異減小。因此，為了準(zhǔn)確可靠地區(qū)分不同的路標(biāo)，要求系統(tǒng)具有更高的路標(biāo)識(shí)別能力，如:更小的測(cè)量誤差、更高的分辨率等等。2.抗干擾能力弱:外界環(huán)境的干擾，如光照強(qiáng)度不均、視覺(jué)路標(biāo)污潰等，都可能對(duì)路標(biāo)的識(shí)別帶來(lái)負(fù)面影響。而當(dāng)使用較多路標(biāo)時(shí)，由于路標(biāo)特征參數(shù)差異較小，較小程度的外界干擾就能夠造成不同路標(biāo)間的混淆，導(dǎo)致路標(biāo)誤識(shí)別的情況，從而影響定位的準(zhǔn)確率。上述缺點(diǎn)限制了路標(biāo)定位方法在大范圍(如工廠和碼頭的物流搬運(yùn)等)和復(fù)雜環(huán)境(室外天氣和照明變化等)下的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上問(wèn)題，本發(fā)明采用具有抗干擾和易識(shí)別特點(diǎn)的一種偽隨機(jī)序列一M序列對(duì)路標(biāo)設(shè)置進(jìn)行建模，提出一種面向移動(dòng)機(jī)器人定位的M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置方法及其相關(guān)機(jī)器人定位方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置方法，具體為:路標(biāo)根據(jù)其特征不同相互區(qū)分，路標(biāo)特征采用路標(biāo)本身性質(zhì)(如:顏色、尺寸、形狀等)或路標(biāo)空間位置關(guān)系(如:相鄰路標(biāo)間距);路標(biāo)特征參數(shù)為路標(biāo)特征的量化表達(dá)；路標(biāo)依次設(shè)置在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑上，其設(shè)置順序基于M序列，路標(biāo)的特征參數(shù)為其對(duì)應(yīng)的M序列中元素的映射；數(shù)個(gè)相鄰路標(biāo)構(gòu)成一個(gè)路標(biāo)組，作為定位基本單元，全部路標(biāo)設(shè)置位置及其路標(biāo)特征參數(shù)構(gòu)成路標(biāo)地圖，機(jī)器人利用路標(biāo)地圖與實(shí)測(cè)信息的匹配實(shí)現(xiàn)定位。優(yōu)選地，全局路標(biāo)總數(shù)m，路標(biāo)組內(nèi)路標(biāo)個(gè)數(shù)n，由實(shí)際應(yīng)用條件確定；路標(biāo)特征參數(shù)集合基數(shù)q，為滿足公式qn ^ m-n+1的最小正整數(shù)；生成q元η級(jí)M序列，并根據(jù)該M序列元素與路標(biāo)特征參數(shù)的映射關(guān)系，生成路標(biāo)設(shè)置序列，并依此在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置路標(biāo)。優(yōu)選地，路標(biāo)設(shè)置方法步驟如下:全局路標(biāo)總數(shù)m，根據(jù)路徑總長(zhǎng)1、預(yù)測(cè)范圍閾值th3確定，滿足公式如下:
j1,1
(I)其中，預(yù)測(cè)范圍閾值th3表示，所述定位方法根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型預(yù)測(cè)機(jī)器人位姿情況下，機(jī)器人最大允許連續(xù)行駛長(zhǎng)度。路標(biāo)組內(nèi)路標(biāo)個(gè)數(shù)n，根據(jù)初始盲區(qū)范圍閾值th4確定，滿足公式如下:
權(quán)利要求
1.一種M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置方法，其特征在于，具體為:路標(biāo)根據(jù)其特征不同相互區(qū)分；路標(biāo)特征采用路標(biāo)本身性質(zhì)或路標(biāo)空間位置關(guān)系；路標(biāo)特征參數(shù)為路標(biāo)特征的量化表達(dá)；路標(biāo)依次設(shè)置在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑上，其設(shè)置順序基于M序列，路標(biāo)特征參數(shù)為其對(duì)應(yīng)的M序列中元素的映射；數(shù)個(gè)相鄰路標(biāo)構(gòu)成一個(gè)路標(biāo)組，作為定位基本單元，全部路標(biāo)設(shè)置位置及其路標(biāo)特征參數(shù)構(gòu)成路標(biāo)地圖，機(jī)器人利用路標(biāo)地圖與實(shí)測(cè)信息的匹配實(shí)現(xiàn)全局定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置方法，其特征在于，全局路標(biāo)總數(shù)m，路標(biāo)組內(nèi)路標(biāo)個(gè)數(shù)n，由實(shí)際應(yīng)用條件確定；路標(biāo)特征參數(shù)集合基數(shù)q，為滿足公式qn ^ m-n+1的最小正整數(shù)；生成q元η級(jí)M序列，并根據(jù)該M序列元素與路標(biāo)特征參數(shù)的映射關(guān)系，生成路標(biāo)設(shè)置序列，并依此在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置路標(biāo)。
3.一種基于權(quán)利要求1或2所述M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置方法的相關(guān)移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，機(jī)器人位姿預(yù)測(cè):根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，計(jì)算機(jī)器人預(yù)測(cè)位姿； 步驟2，路標(biāo)檢測(cè)判斷:機(jī)器人利用路標(biāo)檢測(cè)傳感器進(jìn)行路標(biāo)檢測(cè)，若檢測(cè)到路標(biāo)，則進(jìn)入步驟3，反之，則進(jìn)入步驟6 ； 步驟3，路標(biāo)特征參數(shù)獲取:機(jī)器人通過(guò)路標(biāo)檢測(cè)傳感器，獲取路標(biāo)特征參數(shù)； 步驟4，實(shí)測(cè)路標(biāo)組特征參數(shù)更新:根據(jù)步驟3獲取的路標(biāo)特征參數(shù)，更新實(shí)測(cè)路標(biāo)組特征參數(shù)，實(shí)測(cè)路標(biāo)組特征參數(shù)包括數(shù)個(gè)最近測(cè)得的路標(biāo)的特征參數(shù)以及排列順序； 步驟5，路標(biāo)組匹配:將實(shí)測(cè)路標(biāo)組特征參數(shù)與路標(biāo)地圖中各路標(biāo)組進(jìn)行匹配，并搜索最佳匹配結(jié)果An1和次佳匹配結(jié)果fm2，作為路標(biāo)組匹配可靠性判斷的依據(jù)； 步驟6，路標(biāo)組匹配可靠性判斷:僅當(dāng)An1與fm2滿足可靠性閾值要求:An1 ≤ thi Π fm2 ≥ th2 其中，為最佳匹配閾值，th2為次佳匹配閾值，則認(rèn)為路標(biāo)組匹配成功；反之則認(rèn)為路標(biāo)組匹配失?。? 步驟7，機(jī)器人位姿更新:若路標(biāo)組匹配成功，則利用路標(biāo)組匹配結(jié)果更新機(jī)器人位姿；若路標(biāo)組匹配失敗或未檢測(cè)到路標(biāo)，則根據(jù)預(yù)測(cè)位姿更新機(jī)器人位姿。
全文摘要
本發(fā)明提供一種M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置方法及其相關(guān)移動(dòng)機(jī)器人定位方法。路標(biāo)設(shè)置方法，其特征為，路標(biāo)根據(jù)其特征不同相互區(qū)分，路標(biāo)特征采用路標(biāo)本身性質(zhì)或路標(biāo)空間位置關(guān)系；路標(biāo)特征參數(shù)為路標(biāo)特征的量化表達(dá)；路標(biāo)設(shè)置順序基于M序列，路標(biāo)的特征參數(shù)為其對(duì)應(yīng)的M序列中元素的映射。其相關(guān)機(jī)器人定位方法，其特征為，數(shù)個(gè)相鄰路標(biāo)構(gòu)成一個(gè)路標(biāo)組，作為定位基本單元；全部路標(biāo)的設(shè)置位置及其特征參數(shù)，構(gòu)成路標(biāo)地圖；機(jī)器人通過(guò)路標(biāo)檢測(cè)傳感器識(shí)別路標(biāo)；并獲取實(shí)測(cè)路標(biāo)組中各路標(biāo)特征參數(shù)及其排列順序；進(jìn)而在路標(biāo)地圖中進(jìn)行匹配，確定路標(biāo)組位置；最終更新機(jī)器人位姿。本發(fā)明具有路標(biāo)識(shí)別難度低、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C15/02GK103196440SQ20131008058
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者陳衛(wèi)東, 唐恒博, 王景川 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)