一种基于加速度计和气压计的电梯搭乘机器人楼层判断方法技术

本发明专利技术公开一种基于加速度计和气压计的电梯搭乘移动机器人楼层判断方法。步骤为：(1)机器人启用前，记录每层楼的层号和对应气压，建立海拔高度和压强对应关系；(2)机器人进入电梯前，通过气压计测量当前海拔高度H1；(3)通过查表得到当前楼层的海拔，根据H1计算当前楼层与原有表格对应楼层的海拔偏差ΔH；(4)机器人进入电梯后，在电梯运行过程中，利用加速度计判断电梯是否停靠；(5)当电梯停靠在某层时，测量计算当前时刻海拔高度H2，并用H2减去ΔH得到真实海拔H；(6)在记录的关系表中，查找与H最接近的海拔高度，其对应的层号为当前停靠楼层。本发明专利技术无需改造电梯，算法对温湿度，天气变化不敏感，是一种简单可靠的楼层高度判断方法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度计和气压计的电梯搭乘机器人楼层判断方法


[0001]本专利技术涉及一种基于传感器数据的楼层判断技术，特别是一种利用气压计和加速度计进行楼层预测的方法和算法。

技术介绍

[0002]移动服务机器人大量应用于各种园区、商厦、医院、办公大楼等场所，在这些场所提供服务遇到的一个普遍问题是：服务机器人如何实现多层楼宇中楼层的跨越和导航？爬楼梯和搭乘电梯是可行的两种方式，而搭乘电梯又是其中的主要方式。为了实现电梯搭乘，目前广为采用的方案是改造电梯，使得轮式机器人和电梯控制系统实现无线通信，从而控制电梯的运行，但是这种方案局限性大，因为不同电梯公司的控制系统均不开放，而且协议不兼容，所以改造所有建筑物中内的电梯成本高昂、适用性差，难以大范围推广，因此目前希望有一种能够像人一样可自主搭乘并操控电梯的移动服务机器人。为了自主搭乘电梯，机器人本身必须具备对电梯运行状态的准确判断的能力，其中电梯当前停靠楼层的准确判断特别重要，因为一旦机器人误出现在错误的楼层，则其无法继续执行后续任务，所以如何让服务机器人能自主准确判断当前停靠楼层有着重要的意义。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于加速度计和气压计的可以自主搭乘电梯的服务机器人进行跨楼层服务时的楼层判断方法。本专利技术综合利用了气压计和加速度计，算法简单，适应性强，能够准确地在电梯运行过程中判断当前停靠楼层。
[0004]本专利技术解决上述问题的技术方案包括以下步骤：
[0005](1)到达新环境初次启用电梯搭乘机器人时，由人操控电梯在每层楼停靠，并在停靠时采集气压计数据，对采集的气压数据进行中值滤波后，通过公式将气压值换算为海拔高度。记录下每一层的海拔数据，并用关系表的形式将其保存到存储器中；
[0006](2)机器人每次进入电梯前采集气压计数据，在中值滤波后通过公式将气压值换算为海拔高度，并记录为当前海拔高度H1；
[0007](3)计算当前海拔H1与原有表格对应楼层的海拔偏差ΔH；
[0008](4)利用加速度计判断电梯是否停靠某层；
[0009](5)当判断电梯在某层停靠时，立即采集气压计数据，并在中值滤波后通过公式将气压值换算为海拔高度，记录当前海拔高度为H2[0010](6)用当前海拔高度H2减去海拔误差ΔH校正得到真实海拔H；
[0011](7)在记录的关系表中找到与H最接近的海拔高度对应的楼层号，如果楼层号为目标楼层，则机器人驶离电梯，否则继续搭乘电梯。
[0012]上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的P为气压传感器获取的气压值
[0013]上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的P0为标准大气压，其值为101.325kPa
[0014]上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的H1为进入电梯时采集的气压计数据换算得到的海拔高度
[0015]上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的H2为电梯停靠时采集的气压计数据换算得到的海拔高度
[0016]上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤(1)和(4)的电梯停靠判断的具体步骤为：采集垂直方向加速度数据，并进行拉格朗日插值拟合，若与电梯运行速度曲线近似，则判定电梯发生停靠
[0017]上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，中值滤波对气压计数据进行数据预处理的具体步骤为：
[0018]①
确定窗口的起始位置：第一个数据作为窗口的起始位置。
[0019]②
确定窗口的结束位置：设置窗口大小为9，结束位置等于起始位置加8。
[0020]③
将窗口内的数据进行排序：在窗口范围内，使用快速排序将数据进行排序，以便找到中间值。
[0021]④
更新数据：将计算得到的中间值作为原始数据在窗口中心位置的新数值，
[0022]经过中值滤波处理后的数据将被更新和替换。
[0023]⑤
滑动窗口：将窗口向右移动一个位置，以滑动窗口的方式处理整个数据序列。重复步骤3到步骤5，直到窗口滑动到数据的末尾。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]1、本专利技术采用了气压计和加速度计多传感器信息，其中加速度计的数据变化情况可以有效判断电梯运行状态，在此基础上利用气压计和海拔高度数据的强关联关系，可以方便的计算得到楼层高度数据。
[0026]2、本专利技术利用海拔高度差判断楼层，避免了改造电梯，以及基于视觉信息等高成本和困难的途径，是一种易于实现，成本低廉，且适应性强的楼层判断解决方案。
[0027]3、本专利技术设计的楼层判断即时校正算法具有对噪声、天气、温湿度的影响不敏感的显著优点，解决了气压数据随天气和温湿度漂移的问题，能够很好的分辨楼层变化，具有良好的环境适应性和实用性。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的检测方法流程图。
[0029]图2是气压中值滤波方法流程图。
[0030]图3是电梯运行速度变化示意图。
具体实施方式
[0031]以下将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0032]如图1所示，本专利技术的基于加速度计和气压计的电梯搭乘移动机器人楼层判断方
法，其具体流程为：
[0033](1)到达新环境初次启用电梯搭乘机器人时，由人操控电梯在每层楼停靠，并在停靠时采集气压计数据，对采集的气压数据进行中值滤波后，通过公式将气压值换算为海拔高度。记录下每一层的海拔数据，并用关系表的形式将其保存到存储器中；
[0034](2)机器人每次进入电梯前采集气压计数据，在中值滤波后通过公式将气压值换算为海拔高度，并记录为当前海拔高度H1；
[0035](3)计算当前海拔H1与原有表格对应楼层的海拔偏差ΔH；
[0036](4)利用加速度计判断电梯是否停靠某层；
[0037](5)当判断电梯在某层停靠时，立即采集气压计数据，并在中值滤波后通过公式将气压值换算为海拔高度，记录当前海拔高度为H2[0038](6)用当前海拔高度H2减去海拔误差ΔH校正得到真实海拔H；
[0039](7)在记录的关系表中找到与H最接近的海拔高度对应的楼层号，如果楼层号为目标楼层，则机器人驶离电梯，否则继续搭乘电梯。
[0040]如图2所示，本专利技术的所述的中值滤波对气压计数据进行数据预处理，其具体流程为：
[0041]①
确定窗口的起始位置：第一个数据作为窗口的起始位置。
[0042]②
确定窗口的结束位置：设置窗口大小为9，结束位置等于起始位置加8。
[0043]③
将窗口内的数据进行排序：在窗口范围内，使用快速排序将数据进行排序，以便找到中间值。
[0044]④
更新数据：将计算得到的中间值作为原始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度计和气压计的电梯搭乘移动机器人楼层判断方法，包括以下步骤：(1)到达新环境初次启用电梯搭乘机器人时，由人操控电梯在每层楼停靠，并在停靠时采集气压计数据，对采集的气压数据进行中值滤波后，通过公式将气压值换算为海拔高度。记录下每一层的海拔数据，并用关系表的形式将其保存到存储器中；(2)机器人每次进入电梯前采集气压计数据，在中值滤波后通过公式将气压值换算为海拔高度，并记录为当前海拔高度H1；(3)计算当前海拔H1与原有表格对应楼层的海拔偏差ΔH；(4)利用加速度计判断电梯是否停靠某层；(5)当判断电梯在某层停靠时，立即采集气压计数据，并在中值滤波后通过公式将气压值换算为海拔高度，记录当前海拔高度为H2(6)用当前海拔高度H2减去海拔误差ΔH校正得到真实海拔H；(7)在记录的关系表中找到与H最接近的海拔高度对应的楼层号，如果楼层号为目标楼层，则机器人驶离电梯，否则继续搭乘电梯。2.根据权利要求1所述步骤中的P为气压传感器获取的气压值。3.根据权利要求1所述步骤中的P0为标准大气压，其值为101.325kPa。4.根据权利要求1所述步骤中的H1为进入电梯时采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东波，王浩铭，汪平，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：