基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统技术方案

本发明专利技术属于机器人自动定位技术领域，提供了一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统，该方法包括获取机器人周围的环境信息、时间信息和里程信息，进行相对位置估计，再获取每个粒子的当前位置，根据每个粒子的权重值和当前位置，确定机器人的实际位置，基于边缘探索算法，为边界点进行评分，根据边界点评分结果，将评分最高的边界点设置为机器人的目标位置，使机器人移动到目标位置，根据粒子的数量，检验实际位置是否正确，并输出正确的实际位置。本发明专利技术基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统，能够提高机器人自主定位的精度和速度，防止定位错误，拓宽应用场景，易于推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人自动定位
，具体涉及一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统。
技术介绍
自动化控制技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。自动化控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。机器人的定位问题一直是自控技术中的难点之一。机器人自主定位技术是指在已有地图的情况下，借助其他传感器数据，确定机器人在地图中的绝对位置。现有的机器人自主定位技术常在环境中布置传感器，而此种方法会增加设备安装和维护成本，且对于复杂环境不易操作。并且，现有的机器人自主定位技术常采用粒子滤波算法，这种算法在全局进行采样时，则会造成收敛过慢，或者直接收敛到误差的局部极小值处，即完全错误的位置，而对于一些相似度比较高的地图，粒子几乎没有办法纠正。为了解决粒子定位错误的问题，人们会尽可能增加粒子数，然而增加粒子数会增加运算量，对于一些嵌入式的硬件无法做到实时处理。同时，对于其他的全局定位算法也会有相同的问题。如何提高机器人自主定位的精度和速度，防止定位错误，拓宽应用场景，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统，能够提高机器人自主定位的精度和速度，防止定位错误，拓宽应用场景。第一方面，本专利技术提供一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，该方法包括信息获取步骤：获取机器人周围的环境信息、时间信息和里程信息；坐标估计步骤：基于自主定位算法，根据环境信息和时间信息，进行相对位置估计，获取机器人在环境信息中的三维坐标；实际位置确定步骤：根据环境信息，获取预布设N个粒子中每个粒子的权重值；根据里程信息、时间信息和机器人在环境信息中的三维坐标，获取每个粒子的当前位置；根据每个粒子的权重值和当前位置，以及粒子的数量，确定机器人的实际位置；目标位置确定步骤：基于边缘探索算法，获取环境信息的边界点，并为边界点进行评分，获取边界点评分结果，边界点为多个；根据边界点评分结果，将评分最高的边界点设置为机器人的目标位置；实际位置检验步骤：采用路径规划算法，使机器人移动到目标位置，根据粒子的数量，检验实际位置是否正确，并输出正确的实际位置。进一步地，根据里程信息、时间信息和机器人在环境信息中的三维坐标，获取每个粒子的当前位置，具体包括：根据里程信息、时间信息和机器人在环境信息中的三维坐标，通过如下公式，获取每个粒子的当前位置，其中，Xk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的三维坐标，xk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的X方向的位置，yk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的Y方向的位置，θk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的指向，表示里程信息，Xi,k表示第i个粒子在环境信息中当前第k时刻的位置信息，i＝1,2,3…,N-1,N。基于上述任意基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法实施例，进一步地，根据环境信息，获取每个粒子的权重值，具体包括：根据环境信息，通过如下公式，获取每个粒子的权重值，其中，wi表示第i个粒子的权重值，d表示在环境信息中机器人与最近障碍物距离，σ为常量。进一步地，为边界点进行评分，获取边界点评分结果，具体包括：根据未知环境的信息量、某一边界点与历史路径的距离和该边界点周围障碍物的密度，为该边界点评分，获取每个边界点评分结果。进一步地，采用路径规划算法，使机器人移动到目标位置，根据粒子的数量，检验实际位置是否正确，具体包括：采用路径规划算法，使机器人移动到目标位置，若粒子的数量小于预设值，则判断实际位置正确，若粒子的数量大于等于预设值，则判断实际位置错误，且重新执行坐标估计步骤。第二方面，本专利技术提供一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位系统，该系统包括信息获取子系统、坐标估计子系统、实际位置确定子系统、目标位置确定子系统和实际位置检验子系统，信息获取子系统用于获取机器人周围的环境信息、时间信息和里程信息；坐标估计子系统用于基于自主定位算法，根据环境信息和时间信息，进行相对位置估计，获取机器人在环境信息中的三维坐标；实际位置确定子系统用于根据环境信息，获取预布设N个粒子中每个粒子的权重值；根据里程信息、时间信息和机器人在环境信息中的三维坐标，获取每个粒子的当前位置；根据每个粒子的权重值和当前位置，以及粒子的数量，确定机器人的实际位置；目标位置确定子系统用于基于边缘探索算法，获取环境信息的边界点，并为边界点进行评分，获取边界点评分结果，边界点为多个；根据边界点评分结果，将评分最高的边界点设置为机器人的目标位置；实际位置检验子系统用于采用路径规划算法，使机器人移动到目标位置，根据粒子的数量，检验实际位置是否正确，并输出正确的实际位置。进一步地，实际位置确定子系统在根据里程信息、时间信息和机器人在环境信息中的三维坐标，获取每个粒子的当前位置时，具体用于：根据里程信息、时间信息和机器人在环境信息中的三维坐标，通过如下公式，获取每个粒子的当前位置，其中，Xk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的三维坐标，xk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的X方向的位置，yk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的Y方向的位置，θk-1表示机器人在环境信息中第k-1时刻的指向，表示里程信息，Xi,k表示第i个粒子在环境信息中当前第k时刻的位置信息，i＝1,2,3…,N-1,N。基于上述任意基于自主定位和边缘探索的机器人定位系统实施例，进一步地，实际位置确定子系统在根据环境信息，获取每个粒子的权重值时，具体用于：根据环境信息，通过如下公式，获取每个粒子的权重值，其中，wi表示第i个粒子的权重值，d表示在环境信息中机器人与最近障碍物距离，σ为常量。进一步地，目标位置确定子系统在为边界点进行评分，获取边界点评分结果时，具体用于：根据未知环境的信息量、某一边界点与历史路径的距离和该边界点周围障碍物的密度，为该边界点评分，获取每个边界点评分结果。进一步地，实际位置检验子系统具体用于：采用路径规划算法，使机器人移动到目标位置，若粒子的数量小于预设值，则判断实际位置正确，若粒子的数量大于等于预设值，则判断实际位置错误，且重新启动坐标估计子系统。由上述技术方案可知，本专利技术基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统，能够有效将自主定位算法和边缘探索算法结合起来，即使不给定机器人初始点，也能够实现自主定位。通过边缘探索算法，能够使机器人可以更快速、精确地完成自动定位。通过边界点评分方式，以获取尽可能多的信息，能够有效防止定位算法收敛到局部极小值，大大提高了机器人自主定位的准确性。并且，该方法的适用范围广，不仅适用于机器人自主定位的主流应用场景，还适用于创新型的应用场景，如家庭服务机器人、仓储机器人、工业机器人等。因此，本专利技术基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法、系统，能够提高机器人自主定位的精度和速度，防止定位错误，拓宽应用场景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1示出了本专利技术所提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，其特征在于，包括：信息获取步骤：获取机器人周围的环境信息、时间信息和里程信息；坐标估计步骤：基于自主定位算法，根据所述环境信息和所述时间信息，进行相对位置估计，获取所述机器人在所述环境信息中的三维坐标；实际位置确定步骤：根据所述环境信息，获取预布设N个粒子中每个粒子的权重值；根据所述里程信息、所述时间信息和所述机器人在所述环境信息中的三维坐标，获取所述每个粒子的当前位置；根据所述每个粒子的权重值和当前位置，以及所述粒子的数量，确定所述机器人的实际位置；目标位置确定步骤：基于边缘探索算法，获取所述环境信息的边界点，并为所述边界点进行评分，获取边界点评分结果，所述边界点为多个；根据所述边界点评分结果，将评分最高的边界点设置为所述机器人的目标位置；实际位置检验步骤：采用路径规划算法，使所述机器人移动到所述目标位置，根据所述粒子的数量，检验所述实际位置是否正确，并输出正确的实际位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，其特征在于，包括：信息获取步骤：获取机器人周围的环境信息、时间信息和里程信息；坐标估计步骤：基于自主定位算法，根据所述环境信息和所述时间信息，进行相对位置估计，获取所述机器人在所述环境信息中的三维坐标；实际位置确定步骤：根据所述环境信息，获取预布设N个粒子中每个粒子的权重值；根据所述里程信息、所述时间信息和所述机器人在所述环境信息中的三维坐标，获取所述每个粒子的当前位置；根据所述每个粒子的权重值和当前位置，以及所述粒子的数量，确定所述机器人的实际位置；目标位置确定步骤：基于边缘探索算法，获取所述环境信息的边界点，并为所述边界点进行评分，获取边界点评分结果，所述边界点为多个；根据所述边界点评分结果，将评分最高的边界点设置为所述机器人的目标位置；实际位置检验步骤：采用路径规划算法，使所述机器人移动到所述目标位置，根据所述粒子的数量，检验所述实际位置是否正确，并输出正确的实际位置。2.根据权利要求1所述基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，其特征在于，根据所述里程信息、所述时间信息和所述机器人在所述环境信息中的三维坐标，获取所述每个粒子的当前位置，具体包括：根据所述里程信息、所述时间信息和所述机器人在所述环境信息中的三维坐标，通过如下公式，获取所述每个粒子的当前位置，Xi,k=f(Xi,k-1)Xk-1=xk-1yk-1θk-1f(Xi,k-1)=xk-1+x·k-1·dt·cos(θk-1)yk-1+x·k-1·dt·sin(θk-1)θk-1]]>其中，Xk-1表示所述机器人在所述环境信息中第k-1时刻的三维坐标，xk-1表示所述机器人在所述环境信息中第k-1时刻的X方向的位置，yk-1表示所述机器人在所述环境信息中第k-1时刻的Y方向的位置，θk-1表示所述机器人在所述环境信息中第k-1时刻的指向，表示所述里程信息，Xi,k表示第i个粒子在所述环境信息中当前第k时刻的位置信息，i＝1,2,3…,N-1,N。3.根据权利要求1或2所述基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，其特征在于，根据所述环境信息，获取每个粒子的权重值，具体包括：根据所述环境信息，通过如下公式，获取每个粒子的权重值，wi=12πσexp(-d22σ2)]]>其中，wi表示第i个粒子的权重值，d表示在所述环境信息中所述机器人与最近障碍物距离，σ为常量。4.根据权利要求1所述基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，其特征在于，为所述边界点进行评分，获取边界点评分结果，具体包括：根据未知环境的信息量、某一边界点与历史路径的距离和该边界点周围障碍物的密度，为该边界点评分，获取每个边界点评分结果。5.根据权利要求1所述基于自主定位和边缘探索的机器人定位方法，其特征在于，采用路径规划算法，使所述机器人移动到所述目标位置，根据所述粒子的数量，检验所述实际位置是否正确，具体包括：采用所述路径规划算法，使所述机器人移动到所述目标位置，若所述粒子的数量小于预设值，则判断所述实际位置正确，若所述粒子的数量大于等于所述预设值，则判断所述实际位置错误，且重新执行所述坐标估计步骤。6.一种基于自主定...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢红兵，张一茗，贾小龙，陈震，
申请(专利权)人：速感科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11