[發(fā)明專利]M序列離散式人工路標(biāo)設(shè)置及相關(guān)移動機器人定位方法

有效

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• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103196440A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳衛(wèi)東;唐恒博;王景川
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/30;G01C15/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

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(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(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)置在機器人工作環(huán)境中，通過傳感設(shè)備對路標(biāo)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(biāo)特征穩(wěn)定，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，具有較強的魯棒性，所以被廣泛采用。

在人工路標(biāo)輔助定位方法中，路標(biāo)的識別準(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，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(biāo)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3×3型點陣式主動紅外路標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)的識別以及機器人定位。

上述方法具有路標(biāo)識別難度高、抗干擾能力弱等缺點，具體分析如下：

1.路標(biāo)識別難度高：當(dāng)?shù)貓D較大時，需要使用較多的路標(biāo)。為了區(qū)分所有的路標(biāo)，使得每個路標(biāo)全局唯一，當(dāng)路標(biāo)特征參數(shù)選取范圍限定時，較多的路標(biāo)會導(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(biāo)污漬等，都可能對路標(biāo)的識別帶來負面影響。而當(dāng)使用較多路標(biāo)時，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)誤識別的情況，從而影響定位的準(zhǔn)確率。

上述缺點限制了路標(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——M序列對路標(biāo)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(biāo)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(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；路標(biāo)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(biāo)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(biāo)構(gòu)成一個路標(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，機器人利用路標(biāo)地圖與實測信息的匹配實現(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)個數(shù)n，由實際應(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n級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，并依此在機器人運動路徑上設(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l、預(yù)測范圍閾值th₃確定，滿足公式如下：

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