專利名稱：M序列離散式人工路標設(shè)置及相關(guān)移動機器人定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動機器人技術(shù)領(lǐng)域的路標設(shè)置和定位方法，具體是一種基于M序列的離散式路標設(shè)置方法以及相關(guān)移動機器人定位方法。
背景技術(shù)：
移動機器人在工業(yè)(如自動化物流和巡檢)和民用(如智能車和家庭服務(wù)機器人)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。自定位技術(shù)是移動機器人領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)，其魯棒性和精確性很大程度上決定了移動機器人系統(tǒng)的工作效率。移動機器人的自定位技術(shù)一般分為自然路標定位和人工路標定位兩大類。其中自然路標定位方法利用自然環(huán)境中的特征進行定位，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。人工路標輔助定位技術(shù)，是指將路標設(shè)置在機器人工作環(huán)境中，通過傳感設(shè)備對路標進行識別，從而實現(xiàn)機器人的自定位。由于該類方法中，路標特征穩(wěn)定，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，具有較強的魯棒性，所以被廣泛米用。在人工路標輔助定位方法中，路標的識別準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，在一些條件嚴苛的復(fù)雜室外環(huán)境中，各種外界干擾，如電磁干擾、光照變化等，也會對人工路標的識別帶來挑戰(zhàn)。針對以上問題，近年來國內(nèi)外研究人員提出了幾種解決方案。例如，中國發(fā)明專利，公告號CN102419178A，提出利用一種3X3型點陣式主動紅外路標帖附與天花板上，并利用機器人載紅外廣角攝像機識別路標并計算機器人位姿。中國發(fā)明專利，公告號CN102735235A，提出一種基于二維碼的室內(nèi)移動機器人定位方法，通過利用圖像采集裝置獲取環(huán)境圖像，并利用視覺識別方法，識別分布在室內(nèi)環(huán)境中的二維碼標簽，從而實現(xiàn)機器人定位。中國發(fā)明專利，公告號CN1707223A，提出一種基于一維條形碼的室內(nèi)移動機器人定位方法，機器人通過條碼掃描裝置、譯碼器、電子地圖映射表，實現(xiàn)對一維條形碼路標的識別以及機器人定位。上述方法具有路標識別難度高、抗干擾能力弱等缺點，具體分析如下:1.路標識別難度高:當?shù)貓D較大時，需要使用較多的路標。為了區(qū)分所有的路標，使得每個路標全局唯一，當路標特征參數(shù)選取范圍限定時，較多的路標會導(dǎo)致不同路標之間的特征差異減小。因此，為了準確可靠地區(qū)分不同的路標，要求系統(tǒng)具有更高的路標識別能力，如:更小的測量誤差、更高的分辨率等等。2.抗干擾能力弱:外界環(huán)境的干擾，如光照強度不均、視覺路標污潰等，都可能對路標的識別帶來負面影響。而當使用較多路標時，由于路標特征參數(shù)差異較小，較小程度的外界干擾就能夠造成不同路標間的混淆，導(dǎo)致路標誤識別的情況，從而影響定位的準確率。上述缺點限制了路標定位方法在大范圍(如工廠和碼頭的物流搬運等)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
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上問題，本發(fā)明采用具有抗干擾和易識別特點的一種偽隨機序列一M序列對路標設(shè)置進行建模，提出一種面向移動機器人定位的M序列離散式人工路標設(shè)置方法及其相關(guān)機器人定位方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種M序列離散式人工路標設(shè)置方法，具體為:路標根據(jù)其特征不同相互區(qū)分，路標特征采用路標本身性質(zhì)(如:顏色、尺寸、形狀等)或路標空間位置關(guān)系(如:相鄰路標間距);路標特征參數(shù)為路標特征的量化表達；路標依次設(shè)置在機器人運動路徑上，其設(shè)置順序基于M序列，路標的特征參數(shù)為其對應(yīng)的M序列中元素的映射；數(shù)個相鄰路標構(gòu)成一個路標組，作為定位基本單元，全部路標設(shè)置位置及其路標特征參數(shù)構(gòu)成路標地圖，機器人利用路標地圖與實測信息的匹配實現(xiàn)定位。優(yōu)選地，全局路標總數(shù)m，路標組內(nèi)路標個數(shù)n，由實際應(yīng)用條件確定；路標特征參數(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M序列，并根據(jù)該M序列元素與路標特征參數(shù)的映射關(guān)系，生成路標設(shè)置序列，并依此在機器人運動路徑上設(shè)置路標。優(yōu)選地，路標設(shè)置方法步驟如下:全局路標總數(shù)m，根據(jù)路徑總長1、預(yù)測范圍閾值th3確定，滿足公式如下:
j1,1
(I)其中，預(yù)測范圍閾值th3表示，所述定位方法根據(jù)機器人運動模型預(yù)測機器人位姿情況下，機器人最大允許連續(xù)行駛長度。路標組內(nèi)路標個數(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設(shè)置方法，其特征在于，具體為:路標根據(jù)其特征不同相互區(qū)分；路標特征采用路標本身性質(zhì)或路標空間位置關(guān)系；路標特征參數(shù)為路標特征的量化表達；路標依次設(shè)置在機器人運動路徑上，其設(shè)置順序基于M序列，路標特征參數(shù)為其對應(yīng)的M序列中元素的映射；數(shù)個相鄰路標構(gòu)成一個路標組，作為定位基本單元，全部路標設(shè)置位置及其路標特征參數(shù)構(gòu)成路標地圖，機器人利用路標地圖與實測信息的匹配實現(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設(shè)置方法，其特征在于，全局路標總數(shù)m，路標組內(nèi)路標個數(shù)n，由實際應(yīng)用條件確定；路標特征參數(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M序列，并根據(jù)該M序列元素與路標特征參數(shù)的映射關(guān)系，生成路標設(shè)置序列，并依此在機器人運動路徑上設(shè)置路標。
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設(shè)置方法的相關(guān)移動機器人定位方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，機器人位姿預(yù)測:根據(jù)機器人運動模型，計算機器人預(yù)測位姿； 步驟2，路標檢測判斷:機器人利用路標檢測傳感器進行路標檢測，若檢測到路標，則進入步驟3，反之，則進入步驟6 ； 步驟3，路標特征參數(shù)獲取:機器人通過路標檢測傳感器，獲取路標特征參數(shù)； 步驟4，實測路標組特征參數(shù)更新:根據(jù)步驟3獲取的路標特征參數(shù)，更新實測路標組特征參數(shù)，實測路標組特征參數(shù)包括數(shù)個最近測得的路標的特征參數(shù)以及排列順序； 步驟5，路標組匹配:將實測路標組特征參數(shù)與路標地圖中各路標組進行匹配，并搜索最佳匹配結(jié)果An1和次佳匹配結(jié)果fm2，作為路標組匹配可靠性判斷的依據(jù)； 步驟6，路標組匹配可靠性判斷:僅當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，則認為路標組匹配成功；反之則認為路標組匹配失??； 步驟7，機器人位姿更新:若路標組匹配成功，則利用路標組匹配結(jié)果更新機器人位姿；若路標組匹配失敗或未檢測到路標，則根據(jù)預(yù)測位姿更新機器人位姿。
全文摘要
本發(fā)明提供一種M序列離散式人工路標設(shè)置方法及其相關(guān)移動機器人定位方法。路標設(shè)置方法，其特征為，路標根據(jù)其特征不同相互區(qū)分，路標特征采用路標本身性質(zhì)或路標空間位置關(guān)系；路標特征參數(shù)為路標特征的量化表達；路標設(shè)置順序基于M序列，路標的特征參數(shù)為其對應(yīng)的M序列中元素的映射。其相關(guān)機器人定位方法，其特征為，數(shù)個相鄰路標構(gòu)成一個路標組，作為定位基本單元；全部路標的設(shè)置位置及其特征參數(shù)，構(gòu)成路標地圖；機器人通過路標檢測傳感器識別路標；并獲取實測路標組中各路標特征參數(shù)及其排列順序；進而在路標地圖中進行匹配，確定路標組位置；最終更新機器人位姿。本發(fā)明具有路標識別難度低、抗干擾能力強的優(yōu)點。
文檔編號G01C15/02GK103196440SQ20131008058
公開日2013年7月10日 申請日期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 申請人:上海交通大學(xué)