專利名稱：M序列離散式人工路標設置及相關移動機器人定位方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動機器人技術領域的路標設置和定位方法，具體是一種基于M序列的離散式路標設置方法以及相關移動機器人定位方法。
背景技術：
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機器人)等領域有廣泛應用。自定位技術是移動機器人領域的一項關鍵技術，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，是指將路標設置在機器人工作環(huán)境中，通過傳感設備對路標進行識別，從而實現機器人的自定位。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，識別分布在室內環(huán)境中的二維碼標簽，從而實現機器人定位。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:當地圖較大時，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，當路標特征參數選取范圍限定時，較多的路標會導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)和復雜環(huán)境(室外天氣和照明變化等)下的應用。

發(fā)明內容
針對現有技術的以上問題，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置方法及其相關機器人定位方法。根據本發(fā)明的一個方面，提供一種M序列離散式人工路標設置方法，具體為:路標根據其特征不同相互區(qū)分，路標特征采用路標本身性質(如:顏色、尺寸、形狀等)或路標空間位置關系(如:相鄰路標間距);路標特征參數為路標特征的量化表達；路標依次設置在機器人運動路徑上，其設置順序基于M序列，路標的特征參數為其對應的M序列中元素的映射；數個相鄰路標構成一個路標組，作為定位基本單元，全部路標設置位置及其路標特征參數構成路標地圖，機器人利用路標地圖與實測信息的匹配實現定位。優(yōu)選地，全局路標總數m，路標組內路標個數n，由實際應用條件確定；路標特征參數集合基數q，為滿足公式qn ^ m-n+1的最小正整數；生成q元η級M序列，并根據該M序列元素與路標特征參數的映射關系，生成路標設置序列，并依此在機器人運動路徑上設置路標。優(yōu)選地，路標設置方法步驟如下:全局路標總數m，根據路徑總長1、預測范圍閾值th3確定，滿足公式如下:
j1,1
(I)其中，預測范圍閾值th3表示，所述定位方法根據機器人運動模型預測機器人位姿情況下，機器人最大允許連續(xù)行駛長度。路標組內路標個數n，根據初始盲區(qū)范圍閾值th4確定，滿足公式如下:
權利要求
1.一種M序列離散式人工路標設置方法，其特征在于，具體為:路標根據其特征不同相互區(qū)分；路標特征采用路標本身性質或路標空間位置關系；路標特征參數為路標特征的量化表達；路標依次設置在機器人運動路徑上，其設置順序基于M序列，路標特征參數為其對應的M序列中元素的映射；數個相鄰路標構成一個路標組，作為定位基本單元，全部路標設置位置及其路標特征參數構成路標地圖，機器人利用路標地圖與實測信息的匹配實現全局定位。
2.根據權利要求1所述的M序列離散式人工路標設置方法，其特征在于，全局路標總數m，路標組內路標個數n，由實際應用條件確定；路標特征參數集合基數q，為滿足公式qn ^ m-n+1的最小正整數；生成q元η級M序列，并根據該M序列元素與路標特征參數的映射關系，生成路標設置序列，并依此在機器人運動路徑上設置路標。
3.一種基于權利要求1或2所述M序列離散式人工路標設置方法的相關移動機器人定位方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，機器人位姿預測:根據機器人運動模型，計算機器人預測位姿； 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，路標特征參數獲取:機器人通過路標檢測傳感器，獲取路標特征參數； 步驟4，實測路標組特征參數更新:根據步驟3獲取的路標特征參數，更新實測路標組特征參數，實測路標組特征參數包括數個最近測得的路標的特征參數以及排列順序； 步驟5，路標組匹配:將實測路標組特征參數與路標地圖中各路標組進行匹配，并搜索最佳匹配結果An1和次佳匹配結果fm2，作為路標組匹配可靠性判斷的依據； 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，則根據預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置方法及其相關移動機器人定位方法。路標設置方法，其特征為，路標根據其特征不同相互區(qū)分，路標特征采用路標本身性質或路標空間位置關系；路標特征參數為路標特征的量化表達；路標設置順序基于M序列，路標的特征參數為其對應的M序列中元素的映射。其相關機器人定位方法，其特征為，數個相鄰路標構成一個路標組，作為定位基本單元；全部路標的設置位置及其特征參數，構成路標地圖；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