[發(fā)明專利]基于粒子濾波的機器人定位方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010092204.8 | 申請日： | 2020-02-14 |
| 公開（公告）號： | CN111324116B | 公開（公告）日： | 2021-09-21 |
| 發(fā)明（設計）人： | 秦小麟;陳駿嶺;李星羅;張彤;鮑斌國 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京航空航天大學 |
| 主分類號： | G05D1/02 | 分類號： | G05D1/02 |
| 代理公司： | 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200 | 代理人： | 葛瀟敏 |
| 地址： | 210016 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 粒子 濾波 機器人 定位 方法 | ||
本發(fā)明公開了基于粒子濾波的機器人定位方法，屬于移動機器人領域，具體為：S1：機器人根據(jù)控制指令移動到實際位置D，以理想位置u為中心，第一次采樣時，采樣n個位置坐標作為樣本集；S2：計算每個位置坐標的權(quán)值和樣本集的有效粒子數(shù)，若有效粒子數(shù)大于有效粒子數(shù)閾值，則轉(zhuǎn)S4，否則轉(zhuǎn)S3；S3：剔除樣本集中權(quán)值小于權(quán)值閾值的樣本，個數(shù)為y個；重新采樣y個位置坐標，利用交叉算法得到y(tǒng)個新的位置坐標；將y個新的位置坐標替換原y個位置坐標，得到新樣本集；并判斷是否達到最大采樣次數(shù)，若是，則轉(zhuǎn)S4；若否，則轉(zhuǎn)S2；S4：計算新的樣本集中所有樣本的加權(quán)平均值；并將該值作為D的坐標。本發(fā)明提高了定位的精度。
技術(shù)領域
本發(fā)明屬于移動機器人領域，尤其涉及一種基于粒子濾波的機器人定位方法。
背景技術(shù)
隨著移動機器人逐漸進入人們的生活中，移動機器人的避障系統(tǒng)也成為了移動機器人完成任務的基本要求。而在現(xiàn)實條件下的機器人編隊避障系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)機器人的定位也是研究的熱點。移動機器人定位方法按感知環(huán)境的范圍可以分為兩種：絕對定位和相對定位。絕對定位是在了解了全局環(huán)境的基礎上，首先設定一個包含所有機器人和障礙物的坐標系，在坐標系中的機器人全部獲得基于該坐標系的坐標。絕對定位方法一般精度較高，但需要提前獲知全局環(huán)境信息，當機器人實時避障時，無法提供全局的地圖，需要使用相對定位的方法。相對定位指的時，通過測量機器人的初始位置坐標和每一步行動的距離及姿態(tài)，計算得出機器人所處相對于初始位置的坐標。其因為相對寬松的使用條件，無需提前獲得全局信息而在多機器人編隊避障中廣泛使用。而相對定位算法會產(chǎn)生較大的誤差，并且誤差隨著機器人移動距離的增加而逐漸增大，于是消除誤差成為機器人定位技術(shù)研究中的熱點。現(xiàn)有解決機器人定位誤差的方法主要有卡爾曼濾波法，最大期望法以及粒子濾波法，其中粒子濾波法最適合在機器人避障系統(tǒng)中使用。經(jīng)典的粒子濾波算法MCL中存在著采樣范圍過大，重采樣時粒子多樣性降低的問題，在機器人定位問題中仍存在著優(yōu)化的空間。
在現(xiàn)有的機器人粒子濾波算法MCL中，由于采樣函數(shù)的不精確，樣本集中存在許多低權(quán)值粒子。這些低權(quán)值粒子，在算法計算粒子匹配度與權(quán)值中，消耗大量計算資源；而在機器人加權(quán)平均確定位置時，對定位結(jié)果的影響非常有限。于是，需要去除樣本集中的低權(quán)值粒子以保證算法的高效運行，即采用重采樣過程。
原算法MCL中，重采樣的方式為直接將樣本集中的高權(quán)值粒子復制給低權(quán)值粒子，在保證樣本集大小不變的前提下，提高高權(quán)值粒子所占比例，進而降低低權(quán)值粒子對計算過程的影響。而直接復制高權(quán)值粒子的方式會導致樣本集的粒子多樣性大幅降低，少數(shù)粒子直接決定機器人定位結(jié)果，從而影響定位精度，因此急需改善原算法中粒子多樣性過低的問題。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)中低權(quán)值的粒子降低定位精度等問題，本發(fā)明提供了一種基于粒子濾波的機器人定位方法。
技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種基于粒子濾波的機器人定位方法，該方法包括如下步驟：
步驟1：在地面上設置J個RFID標簽作為標志點；在機器人上安裝傳感器，用于探測機器人與每個標志點之間的距離；
步驟2：機器人根據(jù)工作人員發(fā)送的控制指令，從當前位置移動到實際位置D；令工作人員需要機器人移動到的理想位置為u；以理想位置u為中心，令采樣次數(shù)為t，進行第一次采樣，即t＝1，采樣n個位置坐標，并作為樣本集，將這n個位置坐標作為樣本粒子；t＝1，2，…，max，max為總的采樣次數(shù)；
具體采樣方法為：隨機生成n個整數(shù)，根據(jù)采樣公式生成與n個整數(shù)相對應的n個位置坐標，所述采樣公式為：
其中xq為第q個整數(shù)，X為與xq對應的位置坐標，Σ為控制采樣的范圍，q＝1，2，…,n；
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