一種基于位置映射算法的多機器人協(xié)作定位方法
【專利摘要】一種基于位置映射算法的多機器人協(xié)作定位方法，機器人編隊中每個機器人至少完成：探測的步驟；機器人之間進行位置信息交換的步驟；利用位置映射算法機器人更新自身位置的步驟；機器人之間相互交換位置信息可以提高機器人定位的穩(wěn)定性和快速性，機器人之間可以共享傳感器信息和不同的傳感器平臺，所有機器人幾乎都可以像裝備高精度傳感器的機，使得機器人能夠完成更加復雜的任務。
【專利說明】一種基于位置映射算法的多機器人協(xié)作定位方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機器人定位【技術領域】，具體涉及一種基于位置映射算法的多機器人協(xié) 作定位方法。

【背景技術】
[0002] 隨著機器人技術的發(fā)展，在一些面向應用的任務中，多機器人必須通過協(xié)作才能 完成，如：機器人足球賽，機器人戰(zhàn)場協(xié)同作戰(zhàn)，多機器人協(xié)同作業(yè)等。然而有效的定位又是 多機器人能進行有效協(xié)作的基礎，在實際應用中一個機器人定位存在以下問題：單機器人 只能通過自身傳感器對周圍的局部環(huán)境進行相對的定位，而且其獲得的測量信息的誤差會 隨著時間的推移變得越來越大；單機器人要實現(xiàn)精準定位，自身必須裝備非常精確的傳感 器，其價格也會相對較高從而造成成本的增加；另外單個機器人如果定位出現(xiàn)誤差，其自身 不能很快的修正誤差，造成誤差累積導致定位失敗。因此通過融合不同機器人的探測信息， 可以使得機器人在實際環(huán)境中的定位更加準確和獲得信息更加全面。但是現(xiàn)存的多機器人 定位方法需要機器人之間同步的信息量很大，在機器人編隊中機器人數(shù)量較多時，要實現(xiàn) 機器人協(xié)同定位不僅需要同步大量的數(shù)據(jù)而且增加了機器人自身的處理器的負擔。另外現(xiàn) 有的多機器人協(xié)作定位技術多是單純同步機器人間的幾何關系，不僅需要傳遞的數(shù)據(jù)量大 而且不能快速的擴散到整個機器人編隊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種基于位置映射算法的多機器人 協(xié)作定位方法。
[0004] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0005] -種基于位置映射算法的多機器人協(xié)作定位方法，用于在多機器人構成的機器人 編隊中多機器人間協(xié)作定位，每個機器人至少完成：探測的步驟；機器人之間進行位置信 息交換的步驟；利用位置映射算法機器人更新自身位置的步驟；
[0006] 所述探測的步驟中，機器人感知到信息

【權利要求】
1. 一種基于位置映射算法的多機器人協(xié)作定位方法，用于在多機器人構成的機器人編 隊中多機器人間協(xié)作定位，其特征在于：每個機器人至少完成：探測的步驟；機器人之間進 行位置信息交換的步驟；利用位置映射算法機器人更新自身位置的步驟； 所述探測的步驟中，機器人感知到信息；=}<, Zf卜其中和Zf均代表的 是信息流并假設每一次測量都是獨立的，< = 為環(huán)境測量信息； Zf 為機器人間的探測信息，表示機器人與其探測到的其它K個機器人 之間的幾何關系信息，其中j = 1，2,…，K表示在機器人Ri探測到機器人&時，機器 人Ri獲得的其與機器人&之間的幾何關系信息； 所述機器人之間進行位置信息交換的步驟中，機器人Ri探測到其他K個機器人，那么 機器人Ri將向其他K個機器人傳遞其位置及探測信息，同時，機器人Ri還接收其他K個機 器人分別發(fā)送的它們各自的位置及探測信息，所述位置信息包括機器人對自身位置進行預 估的預估位置It和該預估位置的信度# :所述預估位置的信度指的是機器人對其位置預 估的確信度； 所述利用位置映射算法機器人更新自身位置的步驟中，機器人Ri根據(jù)自身的位置和探 測信息以及從其他K個機器人接收到的它們各自的位置和探測信息，機器人可以計算出其 自身有K個可能位置，即機器人計算出的可能位置與其接收到的其他機器人的預估位置之 間是一一映射的關系，表示為=/忙），其中表示與所接收的其他某一個機器人的預估 位置相對應的機器人的一個可能位置；機器人利用其計算出的K個可能位置，經(jīng)過位置 映射算法，在重新采樣后，實現(xiàn)更新自身位置；所述位置映射算法，即在粒子濾波方法中，用 這K個可能位置依次替換采樣的加權的樣本中擁有最小權值的樣本，這些樣本的權值由接 收到的其他K個機器人的預估位置的信度依次相應代替。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于位置映射算法的多機器人協(xié)作定位方法，其特征在于： 所述利用位置映射算法機器人更新自身位置，包括如下A、B兩種情況： A.只有一個機器人探測到對方的情況：S卩，機器人氏可以探測到機器人Rj，而機器人Rj探測不到機器人Ri，則機器人Ri利用位置映射算法更新自身位置，包括如下步驟： 步驟一：機器人Ri感知到其與機器人Rj間的探測信息，即機器人Ri與機器人R j之 間的幾何關系信息，包括兩者之間的間距4」、由機器人氏坐標連向機器人&坐標的連線與 X軸正方向形成的夾角久_/，按下面公式進行計算： 1=0,-a, j (2) 其中9 i是機器人Ri的朝向與X軸正方向形成的夾角；a i;j代表機器人Ri的朝向與機 器人Ri、Rj的坐標連線之間的夾角； 則由器人Ri提供的其與機器人Rj之間的探測信息為
步驟二：機器人Ri與機器人Rj之間相互交換各自的預估位置及預估位置的信度，且機 器人Ri與機器人Rj之間還將共享探測信息;并將機器人Ri的預估位置定義為所有樣本 的期望值，將機器人Ri的預估位置的信度定義為所有樣本權值的最大值，如式（4)和式（5) 所示： If =E(Lf) C4) M.. i \ mts = max(* | (5) 式（4)中，機器人Ri的預估位置If?是機器人Ri采樣的加權的樣本集合if的期望值； 式（5)中，Gf1為機器人Ri預估位置f的信度； 機器人Ri將其預估位置If、預估位置If的信度、探測信息2,傳遞給機器人Rj，如 式（6)所示：
機器人Rj按照相同的計算方法，因為機器人Rj并沒有探測到機器人Ri,所以它只向機 器人Ri傳送自己的預估位置/f?及預估位置的信度^~ ,如式（7)和式（8)所示： I，=￡([，） (T) ?Z = max (?，） (8) 式（7)中，機器人&的預估位置是機器人&采樣的加權的樣本集合的期望值； 式⑶中，0為機器人Rj預估位置的信度； 機器人&將其預估位置f、預估位置Zfi的信度傳遞給機器人&,如式（9)所示：
步驟三：機器人Ri更新自身位置； 首先，機器人Ri根據(jù)機器人的預估位置和該預估位置的信度計算一個可能位置；然 后，機器人Ri采樣的加權的樣本中，擁有最小權值的樣本將被這個計算出的可能位置替換， 此樣本的權值將被接收到機器人&的預估位置信度所替換，此過程如以下公式所示：
其中，If^，辦4-1分別為機器人Ri的擁有最小權值的樣本及其權值； 最后，在重新采樣后，機器人Ri的位置更新； B.兩個機器人相互探測到對方的情況，則方法為：
步驟一：機器人Ri感知到其與機器人Rj間的探測信息：S同時，機器人Rj也感知到其 與機器人氏間的探測信息 ，其中Clji為兩者之間的間距、為由機器人Rj坐標 技" 連向機器人Ri坐標的連線與X軸正方向形成的夾角； 步驟二：機器人Ri與機器人Rj之間相互交換各自的預估位置及預估位置的信度，且機 器人Ri與機器人Rj之間還共享探測信息和探測信息;機器人Ri將其預估位置、 預估位置的信度、探測信息&~傳遞給機器人Rj,如式（6)所示，同時，機器人Rj將其 預估位置爐、預估位置〇的信度、探測信息傳遞給機器人Ri，如式（12)所示，
步驟三：機器人更新自身位置； 首先，根據(jù)最優(yōu)探測信息選擇規(guī)則，機器人Ri和機器人Rj分別從機器人Ri的探測信息 。+和機器人&的探測信息 中選擇出最優(yōu)的探測信息；所述最優(yōu)探測信息選擇規(guī)則： 1) 如果探測信息來自于不同的傳感器，機器人將選擇精確度高的傳感器所獲得的信 息； 2) 如果探測信息來自于相同的傳感器，機器人將選擇自身傳感器所獲得的探測信息； 接下來，機器人Ri按照情況A中步驟三的方法更新自身位置；機器人Rj更新自己的位 置方法與機器人Ri相同，機器人Rj根據(jù)機器人Ri的預估位置和該預估位置的信度計算一 個可能位置；機器人&采樣的加權的樣本中，擁有最小權值的樣本將被這個計算出的可能 位置替換，此樣本的權值將被接收到機器人Ri的預估位置信度所替換，此過程如以下公式 所示：
其中，/f11、分別為機器人Rj的擁有最小權值的樣本及其權值； 最后，在重新采樣后，機器人Ri和機器人&的位置更新。
【文檔編號】G05D1/02GK104331078SQ201410606016
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】張磊, 張華希, 劉騰飛, 方正, 徐泉, 于合強 申請人:東北大學