[發明專利]一種機器人自定位與導航的方法及系統

在審

• 申請號: 202011120797.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112212867A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 李智軍;黃鵬博;高洪波;皮明
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G05B13/04;G05B13/02;G05D1/00;G05D1/02
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種機器人自定位與導航的方法，其特征在于，包括：自定位神經網絡、圖像處理神經網絡和深度神經網絡；

步驟M1：將機器人的速度信息以及環境視覺信息輸入訓練后的自定位神經網絡，通過自定位神經網絡綜合計算得到網格編碼；

步驟M2：通過圖像處理神經網絡對環境特征信息進行特征提取，得到處理后的環境信息；

步驟M3：將網格編碼、處理后的環境信息以及機器人當前的方向、速度輸入深度神經網絡，經過深度神經網絡計算得到機器人期望方向和速度信息，動態調整機器人的狀態，實現機器人導航功能；

所述自定位神經網絡通過采用長短時神經網絡建造和訓練，用于機器人的自定位；

所述圖像處理神經網絡用于辨識環境特征信息，輔助機器人實現導航和自定位功能；

所述深度神經網絡綜合自定位神經網絡輸出信息和圖像處理神經網絡輸出信息，調整機器人的方向和速度，實現導航、自定位的功能。

2.根據權利要求1所述的一種機器人自定位與導航的方法，其特征在于，所述步驟M1中環境視覺信息包括：環境標志信息和障礙物；所述速度信息包括平動速度和角速度；

所述環境視覺信息通過自定位神經網絡中的視覺模塊獲取；所述視覺模塊為獲取環境視覺信息。

3.根據權利要求1所述的一種機器人自定位與導航的方法，其特征在于，所述步驟M1包括：

步驟M1.1：在預設環境下隨機選取預設數量的點作為起始點，根據速度信息和環境視覺信息，得到預設數量的路徑信息；

步驟M1.2：通過路徑信息不斷訓練長短時神經網絡，直至通過長短時神經網絡預估的路徑與實際路徑信息誤差達到預設值；

步驟M1.3：將機器人的速度信息以及環境視覺信息輸入訓練后的長短時神經網絡，將長短時神經網絡的輸出再經過線性層處理作用于網格單元，得到網格編碼。

4.根據權利要求1所述的一種機器人自定位與導航的方法，其特征在于，所述網格編碼作為機器人位置以及方向的一種代數表示，網格編碼包括目標網格編碼和當前位置網格編碼，目標網格編碼作為目標位置以及方向的一種代數表示；當前位置網格編碼作為當前位置以及方向的一種代數表示。

5.根據權利要求1所述的一種機器人自定位與導航的方法，其特征在于，所述步驟M3包括：根據目標網格編碼和當前位置網格編碼，通過矢量計算來獲得目標矢量以及機器人與目標之間的歐幾里得距離，求解機器人的期望運動距離和期望轉角，以此來調整機器人的當前位置和方向。

6.一種機器人自定位與導航的系統，其特征在于，包括：自定位神經網絡、圖像處理神經網絡和深度神經網絡；

模塊M1：將機器人的速度信息以及環境視覺信息輸入訓練后的自定位神經網絡，通過自定位神經網絡綜合計算得到網格編碼；

模塊M2：通過圖像處理神經網絡對環境特征信息進行特征提取，得到處理后的環境信息；

模塊M3：將網格編碼、處理后的環境信息以及機器人當前的方向、速度輸入深度神經網絡，經過深度神經網絡計算得到機器人期望方向和速度信息，動態調整機器人的狀態，實現機器人導航功能；

所述自定位神經網絡通過采用長短時神經網絡建造和訓練，用于機器人的自定位；

所述圖像處理神經網絡用于辨識環境特征信息，輔助機器人實現導航和自定位功能；

所述深度神經網絡綜合自定位神經網絡輸出信息和圖像處理神經網絡輸出信息，調整機器人的方向和速度，實現導航、自定位的功能。

7.根據權利要求6所述的一種機器人自定位與導航的系統，其特征在于，所述模塊M1中環境視覺信息包括：環境標志信息和障礙物；所述速度信息包括平動速度和角速度；

所述環境視覺信息通過自定位神經網絡中的視覺模塊獲取；所述視覺模塊為獲取環境視覺信息。