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1、第卷第期年月科学技术与工程一一一基于路标的机器人自定位方法刘俊承原魁周庆瑞彭一准中,北京国科学院自动化研究所。摘要介绍了一种墓于路标的移动机器人自定位方法为了解决仅仅利用视觉系统得到的路标信息使用蒙,特卡洛自定位算法进行机器人自定位时存在较大误差的问题提出了一种将算法与,,卡尔曼滤波器相结合进行自定位的方法将从机器人视觉系统获取的路标信息从驱动轮码盘获取的位置信,,。息以及从电子罗盘获取的机器人方位信息进行有效融合从而提高了机器人的自定位精度实验结果表,,而且具有较好的鲁棒性。明该方法不但可以提高机器人的自定位精度关键词蒙特卡洛自定位碑卡尔受滤波机器人自定位
2、数据融合中图法分类号文献标识码机器人自定位问题是移动机器人研究中的一个动态位置信息和通过电子罗盘获得的机器人方位信。,。重要课题川解决机器人自定位问题常用的方案息有效地提高了机器人的定位精度实验结果表,,是事先赋予机器人一定的环境地图知识机器人在明该方法不但能有效地减少视觉路标信息误差对,。,,定位算法精度带来的影响而且具有较好的鲁棒性移动过程中借助于各种传感器实时获取环境信息并根据这些环境信息与地图知识确定自己的位置。算法,在各种机器人自定位方法中利用视觉系统来进行,环境感知并实现自定位是常用的方法之一〕。方法是一种基于滤波的概率估计比机。,自定位方法该方
3、法使用一系列带有权值的粒子器人在移动过程中通过视觉系统不断获取所处环、,来表示机器人在运行环境中所处位置的境中特定位置颜色及形状的路标信息根据机器人。,,概率分布一个粒子代表机器人在运行环境中的一与路标的几何关系结合机器人本身的运动信息可。以确定机器人在运行环境中的位置与姿态。个可能位置权值的大小表示该粒子代表的估计位闭置与机器人真实位置之间的匹配程度也可以认为算法是一种常,〕。。,是机器人位于该位置的概率根据各个粒子用的机器人自定位算法但是在直接使用视觉系,。,的权值及其分布情况就可以估计机器人的位置统获取环境信息并利用算法进行机器人自,,、、是一个递推算
4、法在每个计算周期一般有如下定位时由于存在环境光线强度改变摄像头噪声,个步骤机器人运动时带来的图像抖动等干扰因素视觉系。,所有粒子根据上一个时刻的位统获得的信息本身存在比较大的误差因此如果,,,置按照机器人的运动方程进行移动获得当前时刻仅仅使用机器人视觉信息进行自定位则上述误差。的位置将直接影响定位精度,该时刻机器人传感器获本文针对视觉路标信息误差对定位精度,,取到环境信息,若机器人处于某粒子所在位影响较大的问题提出了一种将算法与,,,置其传感器获取的环境信息应为利用相结合的机器人自定位,与。。,的匹配程度计算出粒子新的权值方法。该方法在进行机器人自定位时融合
5、了机器人、使用一定的规则删除权值较小的视觉系统获取的路标信息通过驱动轮码盘获得的,粒子保留并复制权值较大的粒子根据所有粒子的“年月日收到国家计划资助,通权值及其位置分布计算机器人的位置常是先找科学技术与工程卷到粒子最集中的地方,然后选取权值最大粒子的位一采样时刻的机器人位置和姿态的变化量。由式。,置作为机器人的位置可知机器人姿态角的误差会对机器人位置动,△,△。经过多个采样周期的计算后所有粒子将逐渐态信息的计算造成较大影响如果在某。聚集在机器人真实位置附近,,川个时刻由于轮子打滑或者其他原因利用码盘数据,计算的机器人姿态角产生了误差则该误差将一直机器人自定位
6、信息的获取,。,影响以后的△么的计算因此如果给机器人机,器人位置动态信息获取装备电子罗盘使机器人在移动过程中能得到其姿,,本文的研究对象是一种三轮移动机器人其模态信息就可以减少由码盘数据所带来的偏差对机型,,,如图所示该机器人的前轮为万向轮后面两轮器人位置动态信息计算带来的影响从而提高自定,。。,为驱动轮并排列在同一直线上机器人的驱动轮位的准确性和鲁棒性此外将确定的姿态角引人,。,上安装有光电码盘两驱动轮的轮距为在进行算法后不再需要通过算法对姿态角进,,,机器人自定位时将两驱动轮轴线中点的位置作行估计因而可以降低算法的维数减小计算。,可,。为机器人的位置利用
7、驱动轮的码盘数据以计量提高算法的实时性算机器人的动态位置信息。视觉信息获取首先设定图所示的参考坐标系将自定位初始,时刻机器人点所在位置作为坐标系原点并定尸义,十机器人正前方为轴正方向右方为轴的正方。,向一段时间后假设机器人从原点运动到了尸探,,。在点相对于初始时刻机器人姿态角改变了该,,可以计算出采样时刻由驱动轮码盘数据相对上一义卿。,,个采样时刻机器人左右两驱动轮的运动距离△、爪、卜一、飞。,,△利用△△我们可以获得机器人的动态‘工︸,工、、位置信息。‘卜︸单目视觉投影示意图妞⋯裂︸卜令,机器人在运行过程中利用图所示的摄像,。头不断从环境中捕获图像并进行路
8、标识别假设图移动机器人模型示意图尸,,为机器人前方某
