[發明專利]一種基于方位的移動機器人協同校正算法

在審

• 申請號: 202111167717.1
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113984073A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 田玉平;劉超群
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34;G01C21/36;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于方位的移動機器人協同校正算法，包括以下步驟：定位體記錄觀測信息，所述觀測信息包括目標體發送的播報信息以及定位體自身的坐標信息；定位體接收觀測信息并對觀測信息進行預處理；根據預處理后得到的觀測值通過迭代計算不斷校正，從而實現定位體的精準定位，采用上述技術方案，無需依賴固定的參考位置和連續通訊，有利于實際運用，擴展了文獻中對移動節點處理不足的缺陷，并且通過預處理過程中的基于最小二乘法的擬合算法和適用于動態的基于擴展卡爾曼濾波的噪聲處理算法，進行精準的校正，大大減小了定位偏差，實現定位體的精準定位。

技術領域

本發明涉及移動機器人定位技術領域，及一種同時依賴位置信息和角度信息的移動節點定位方法，具體指一種基于方位的移動機器人協同校正算法。

背景技術

定位任務廣泛存在于軍事和民用的多個領域，例如AGV導航、無人機駕駛和機器人SLAM等。這些先進技術的關鍵之一，就是如何利用有限的時空信息進行準確的定位。定位的目標體從靜態單個物體發展到網絡節點的協同定位，再發展到單個或多個移動節點的定位。定位技術將真實的物理空間和虛擬的信息空間聯系起來，是開發信息物理系統(CPS)的必要手段。

較早的關于協同定位技術的研究大多關注的是基于距離的定位方法(Aspnes J,Whiteley W,and Yang Y R.A theory of network localization[J].IEEE Transactionson Mobile Computing,2006,5(12):1663–1678；Yingfei Diao,Zhiyun Lin,and MinyueFu.A Barycentric Coordinate Based Distributed Localization Algorithm forSensor Networks.IEEE Transactions on Signal Processing,62(18):4760–4771,September 2014；U.A.Khan,S.Kar,and J.M.F.Moura.Distributed Sensor Localizationin Random Environments Using Minimal Number of Anchor Nodes.IEEE Transactionson Signal Processing,57(5):2000–2016,May 2009)。這種方法幾何意義直觀明了，便于處理成數學規劃問題。但這些數學規劃問題通常是非線性和非凸的，優化問題很容易陷入局部平衡點(A.Saha and B.Sau.Network localization with noisy distances by non-convex optimization.2016International Conference on Wireless Communications,Signal Processing and Networking(WiSPNET),2016)。隨著通信技術和視覺技術的發展，目標體方位信息的獲取變得更加簡單，例如采用光學相機很容易鎖定目標的方位(N.Moshtagh,N.Michael,A.Jadbabaie,and K.Daniilidis.Vision-Based,DistributedControl Laws for Motion Coordination of Nonholonomic Robots.IEEE Transactionson Robotics,25(4):851–860,August 2009；R.Tron,J.Thomas,G.Loianno,K.Daniilidis,and V.Kumar.A Distributed Optimization Framework for Localization andFormation Control:Applications to VisionBased Measurements.IEEE ControlSystems Magazine,36(4):22–44,August 2016)。因此，近些年基于方位的定位理論和算法得到長足的發展(F.Arrigoni and A.Fusiello.Bearing-Based NetworkLocalizability:A Unifying View.IEEE Transactions on Pattern Analysis andMachine Intelligence,vol.41,no.9,pp.2049-2069,1Sept.2019)。Cornejo等提出了只需要角度信息的編隊控制算法(Alejandro Cornejo,Andrew J.Lynch,Elizabeth Fudge,Siegfried Bilstein,Majid Khabbazian,and James McLurkin.Scale-free coordinatesfor multi-robot systems with bearing-only sensors.International Journal ofRobotics Research,32(12):1459–1474,October 2013)，Schoof解決了任意通信底圖的編隊控制問題，但僅限于二維空間(E.Schoof,A.Chapman,and M.Mesbahi.Bearing-compassformation control:A human-swarm interaction perspective.In 2014AmericanControl Conference,pages 3881–3886,June2014)，趙用角度剛性理論對基于方位的定位算法進行了總結概括，并將定位算法從低維空間推廣到任意維度空間(Shiyu Zhao andDaniel Zelazo.Bearing Rigidity Theory and Its Applications for Control andEstimation of Network Systems:Life Beyond Distance Rigidity.IEEE ControlSystems,39(2):66–83,April 2019)。