[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)蒙特卡羅定位的機(jī)器人定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410336894.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-15
• 公開（公告）號(hào): CN104180799A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;張華希;方正;徐泉;劉騰飛;于合強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 朱光林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自適應(yīng)蒙特卡羅定位的機(jī)器人定位方法。?

背景技術(shù)

機(jī)器人在感知—執(zhí)行的過程中，總是存在著很大的不確定性。機(jī)器人本身的觀測(cè)必然是不完整的、充滿噪聲的，因此有效的定位成為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠自主移動(dòng)探索環(huán)境的先決條件。目前機(jī)器人定位問題主要有：位置跟蹤、全局定位和機(jī)器人“綁架”問題。目前大部分研究集中于解決其中一個(gè)問題，很少有人能夠同時(shí)解決這三個(gè)問題，特別是“綁架”問題(定位領(lǐng)域最難的問題之一)。為了解決這些問題，越來越多的學(xué)者將概率理論應(yīng)用到機(jī)器人的定位導(dǎo)航中，因?yàn)楦怕世碚搶?duì)于解決充滿不確定性的問題具有先天優(yōu)勢(shì)。目前比較有代表性是基于貝葉斯濾波和馬爾可夫模型的定位方法，例如：擴(kuò)展卡爾曼濾波定位方法、網(wǎng)格定位方法和蒙特卡羅定位方法等。?

貝葉斯濾波定位方法的基本思想是將機(jī)器人定位問題轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間中機(jī)器人的狀態(tài)估計(jì)問題，其實(shí)質(zhì)是試圖用所有已知信息來構(gòu)造系統(tǒng)狀態(tài)變量的后驗(yàn)概率密度，即用系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)狀態(tài)的先驗(yàn)概率密度，再使用最近的測(cè)量值進(jìn)行修正，得到后驗(yàn)概率密度。擴(kuò)展卡爾曼濾波定位方法的主要缺點(diǎn)是只能夠維持一個(gè)信度，因此它只能用來解決位置跟蹤問題。網(wǎng)格定位方法可以維持多個(gè)信度，但是它在計(jì)算量和存儲(chǔ)量上需求巨大。蒙特卡羅定位方法與網(wǎng)格定位方法相比，在計(jì)算量和存儲(chǔ)量上大大減少。常規(guī)蒙特卡羅定位方法基于粒子濾波，用一系列加權(quán)的樣本來代表后驗(yàn)信度。其核心思想是對(duì)樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)，當(dāng)樣本與當(dāng)前觀測(cè)值位置越接近時(shí)，樣本的權(quán)值越高，下次采樣時(shí)它被采樣幾率就越大。但是常規(guī)蒙特卡羅定位方法的問題在于：(1)權(quán)重較大的樣本存在多次采樣問題，破壞了樣本的多樣性；(2)采樣的數(shù)據(jù)過多會(huì)占據(jù)較大的計(jì)算資源，采樣的數(shù)據(jù)過少時(shí)又很難保證對(duì)信度的有效描述；(3)不能解決機(jī)器人被“綁架”問題。?

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)蒙特卡羅定位的機(jī)器人定位方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是：?

一種基于自適應(yīng)蒙特卡羅定位的機(jī)器人定位方法，包括以下步驟：?

步驟1：采用預(yù)抓取技術(shù)將機(jī)器人所在環(huán)境的地圖信息進(jìn)行預(yù)抓取；?

步驟1.1：對(duì)獲取的機(jī)器人所在環(huán)境的地圖信息進(jìn)行柵格化處理；?

步驟1.2：對(duì)機(jī)器人所在環(huán)境的地圖分解成多個(gè)三維柵格；?

步驟1.3：預(yù)計(jì)算機(jī)器人的各傳感器在每個(gè)三維柵格獲得的位能值，確定每一個(gè)三維柵格的位能柵格形式，即預(yù)計(jì)算機(jī)器人的各傳感器在每個(gè)三維柵格獲得的位能和值為預(yù)計(jì)算的機(jī)器人的第i個(gè)傳感器在其所在三維柵格中獲得的位能值，i＝1，...，I；?

步驟2：在待定位的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，計(jì)算相似位能區(qū)；?

步驟2.1：在待定位的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)器人的各傳感器實(shí)時(shí)獲得機(jī)器人在各三維柵格的位能值，并實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人的各傳感器在其所在的三維柵格中獲取的位能和值e_i為實(shí)時(shí)計(jì)算的機(jī)器人的第i個(gè)傳感器在其所在三維柵格中獲得的位能值；?

步驟2.2：分別對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算的機(jī)器人的各傳感器在其所在的三維柵格中獲取的位能和值和預(yù)計(jì)算的機(jī)器人的各傳感器在每個(gè)三維柵格獲得的位能和值進(jìn)行規(guī)范化處理：?

E‾=1IE]]>

E′′=1IE′]]>

步驟2.3：對(duì)規(guī)范化處理后的實(shí)時(shí)計(jì)算的機(jī)器人的各傳感器在其所在的三維柵格中獲取的位能和值和預(yù)計(jì)算的機(jī)器人的各傳感器在每個(gè)三維柵格獲得的位能和值進(jìn)行能量匹配：計(jì)算兩位能和值的差值的絕對(duì)值，若該絕對(duì)值小于設(shè)定的能量臨界值，則對(duì)應(yīng)的三維柵格判定為屬于相似位能區(qū)；?

步驟3：根據(jù)三維柵格和相似位能區(qū)，采用自適應(yīng)樣本的蒙特卡羅定位方法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定位；?