[發明專利]一種全局定位方法及裝置

在審

• 申請號: 201310649076.2
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103616021A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 厲茂海;林睿;王振華;陳國棟;孫榮川
• 申請（專利權）人: 蘇州大學張家港工業技術研究院
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本申請涉及自主導航技術領域，特別是涉及一種全局定位方法及裝置。

背景技術

機器人定位問題是移動機器人導航研究中的關鍵問題，全局定位是自主機器人最基本、最重要的一項功能，對移動機器人定位的研究有非常重要的意義。

現有技術通常使用MCL（Monte?Carlo?Localization,蒙特卡羅定位）來實現機器人的全局定位，MCL作為一種概率定位方法，主要是利用狀態空間中一些帶權重的采樣來表示機器人狀態的后驗密度分布，因而能表示任意的概率分布，解決非線性非正態分布的狀態估計問題，在機器人定位領域已經取得了許多成功，并被應用到實際的機器人系統中，但該方法存在許多局限性：一個是如果在正確狀態附近沒有足夠的粒子會導致濾波器發散。另一個是粒子經常快速收斂僅能得到子最優結果。

如何提高濾波器的準確性和有效性，并防止粒子發散和濾波器退化是研究者一直關心的問題。為了防止濾波器退化，經常應用采樣重要性重新采樣，但該中方法往往導致粒子的耗盡問題。為了使粒子更好的表示后驗概率密度，Trun提出了混合MCL，以及基于自適應采樣的方法，雖然這些方法可以提高濾波器的有效性，但也加重了計算負擔。

因此，亟需一種全局定位方法及裝置，以實現在全局定位過程中，在降低計算復雜度的基礎上，提高全局定位的準確性。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例提供一種全局定位方法及裝置，以實現在全局定位過程中，在降低計算復雜度的基礎上，提高全局定位的準確性。

為了實現上述目的，本申請實施例提供的技術方案如下：

一種全局定位方法，包括：

獲取機器人當前的感知信息，將所述感知信息融合到高斯分布中生成提議分布；

對所述提議分布進行測量更新得到機器人位姿概率分布；

利用所述機器人位姿概率分布計算所述機器人的位姿。

優選的，所述獲取機器人當前的感知信息，將所述感知信息融合到高斯分布中生成提議分布，包括：

將預先設置的先驗密度、運動噪聲以及感知噪聲通過高斯混合模型GMM表示；

利用中心差分粒子濾波器、通過GMM表示后的先驗密度、運動噪聲以及感知噪聲計算預測狀態密度；

獲取機器人當前的感知信息；

將所述感知信息融合到所述預測狀態密度中生成提議分布。

優選的，對所述提議分布進行測量更新得到機器人位姿概率分布，包括：

在所述提議分布中提取與預先設置的提取條件相對應的初始粒子集；

分別計算所述初始粒子集中每個粒子的權重；

對所述初始粒子集中的各個粒子的權重進行規一化；

利用基于K維數的聚類算法，計算適合加權粒子集的G-模型GMM；

利用所述GMM計算所述加權粒子集的統計特性，得到機器人位姿概率分布。

優選的，還包括：通過自適應聚類選擇GMM個數。

優選的，還包括：判斷是否結束全局定位。

一種全局定位裝置，包括：提議分布生成單元、測量更新單元以及位姿計算單元，其中，

所述提議分布生成單元用于獲取機器人當前的感知信息，將所述感知信息融合到高斯分布中生成提議分布；

所述測量更新單元與所述提議分布生成單元相連接，用于對所述提議分布進行測量更新得到機器人位姿概率分布；

所述位姿計算單元與所述測量更新單元相連接，用于利用所述機器人位姿概率分布計算所述機器人的位姿。

優選的，所述提議分布生成單元包括：高斯分布表示單元、預測狀態密度計算單元、感知信息獲取單元以及提議分布生成子單元，其中，

所述高斯分布表示單元用于將預先設置的先驗密度、運動噪聲以及感知噪聲通過高斯混合模型GMM表示；

所述預測狀態密度計算單元與所述高斯分布表示單元相連接，用于利用中心差分粒子濾波器、通過GMM表示后的先驗密度、運動噪聲以及感知噪聲計算預測狀態密度；

所述感知信息獲取單元用于獲取機器人當前的感知信息；

所述提議分布生成子單元的一端與所述預測狀態密度計算單元相連接，另一端與所述感知信息獲取單元相連接，用于將所述感知信息融合到所述預測狀態密度中生成提議分布。

優選的，所述測量更新單元包括：提取單元、第一計算單元、規一化單元、第二計算單元以及位姿概率分布計算單元，其中，

所述提取單元與所述提議分布生成單元相連接，用于在所述提議分布中提取與預先設置的提取條件相對應的初始粒子集；