[發(fā)明專利]一種基于時序信息建模的機(jī)器人無地圖導(dǎo)航方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110018866.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112857370A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅定生;吳璽宏;張佳男;方帥;劉天林;林惟凱;方鴻宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

1.一種基于時序信息建模的機(jī)器人無地圖導(dǎo)航方法，其步驟包括：

1)基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建移動機(jī)器人導(dǎo)航模型，該機(jī)器人導(dǎo)航模型含有移動機(jī)器人根據(jù)移動機(jī)器人上的傳感器信息、場景中的目標(biāo)位置信息到移動機(jī)器人執(zhí)行速度指令的映射關(guān)系；移動機(jī)器人按照該機(jī)器人導(dǎo)航模型輸出的速度指令到達(dá)導(dǎo)航目標(biāo)位置；

2)獲取或構(gòu)建導(dǎo)航數(shù)據(jù)集作為監(jiān)督數(shù)據(jù)訓(xùn)練該移動機(jī)器人導(dǎo)航模型；

3)通過該移動機(jī)器人搭載的激光雷達(dá)獲取傳感器數(shù)據(jù)，使用定位技術(shù)獲取場景中的目標(biāo)位置信息，然后通過訓(xùn)練后的該移動機(jī)器人導(dǎo)航模型計算該移動機(jī)器人的執(zhí)行速度指令，通過執(zhí)行速度指令操控該移動機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)位置。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，構(gòu)建導(dǎo)航數(shù)據(jù)集的方法為：根據(jù)多種真實室內(nèi)環(huán)境布局搭建不同仿真環(huán)境；然后在仿真環(huán)境中，移動機(jī)器人仿真模型預(yù)先構(gòu)建環(huán)境地圖，之后隨機(jī)設(shè)置目標(biāo)點，使用路徑規(guī)劃算法規(guī)劃導(dǎo)航路徑并導(dǎo)航，在導(dǎo)航過程中記錄移動機(jī)器人狀態(tài)信息；然后將所采集移動機(jī)器人狀態(tài)信息作為用于導(dǎo)航模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集。

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述移動機(jī)器人狀態(tài)信息包括360維雷達(dá)信息、2維速度信息、2維目標(biāo)位置信息。

4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在Gazebo仿真環(huán)境下，根據(jù)多種真實室內(nèi)環(huán)境布局搭建不同仿真環(huán)境。

5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，移動機(jī)器人仿真模型預(yù)先使用SLAM技術(shù)構(gòu)建環(huán)境地圖。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述移動機(jī)器人導(dǎo)航模型包括LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和CNN；其中CNN用于從移動機(jī)器人采集的激光數(shù)據(jù)中提取當(dāng)前時刻的空間特征并輸入LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)移動機(jī)器人采集的激光數(shù)據(jù)獲取當(dāng)前時刻以該移動機(jī)器人為中心的坐標(biāo)系中的相對目標(biāo)位置；然后LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)該移動機(jī)器人的上一刻移動速度、當(dāng)前時刻的相對目標(biāo)位置信息和當(dāng)前時刻的空間特征，預(yù)測當(dāng)前時刻該移動機(jī)器人的執(zhí)行速度。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述相對目標(biāo)位置由包含距離和角度的極坐標(biāo)表示。

8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該移動機(jī)器人的速度包含線速度和角速度。

9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，訓(xùn)練該移動機(jī)器人導(dǎo)航模型的方法為：使用導(dǎo)航數(shù)據(jù)集作為監(jiān)督數(shù)據(jù)，對該移動機(jī)器人導(dǎo)航模型進(jìn)行訓(xùn)練，損失函數(shù)使用均方誤差損失函數(shù)，通過梯度下降法實現(xiàn)模型訓(xùn)練。