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一种移动机器人定位方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-12-26
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-05-10
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-09-29
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-12-26
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201811601879.X 申请日 2018-12-26
公开/公告号 CN109640253B 公开/公告日 2020-09-29
授权日 2020-09-29 预估到期日 2038-12-26
申请年 2018年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 H04W4/02H04W4/021H04W4/33H04W4/80H04W64/00G01S11/06 主分类号 H04W4/02
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 0
引用专利数量 3 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN103476115A、CN106376081A、CN107027168A 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 实质审查、申请权转移、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 东阳市维创工业产品设计有限公司 当前专利权人 东阳市维创工业产品设计有限公司
发明人 刘阳、刘珂 第一发明人 刘阳
地址 浙江省金华市东阳市江北街道猴塘社区东富小区15幢2号 邮编 322100
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省金华市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明公开了一种移动机器人定位方法,包括以下步骤:蓝牙信标部署,采集无线电信号强度特征数据并形成特征数据矩阵,计算待定位点与四个信标之间的距离,计算(xw,yw),计算信号强度特征数据与集合中的特征数据进行相似度,计算(xs,ys),融合得到最终的估计位置。本发明有如下有益效果:不需要额外的昂贵设备且不需要时钟同步,因此功耗与成本都较低,具有较强的鲁棒性。
  • 摘要附图
    一种移动机器人定位方法
  • 说明书附图:图1
    一种移动机器人定位方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-09-29 授权
2 2020-09-25 专利申请权的转移 登记生效日: 2020.09.08 申请人由合肥优控科技有限公司变更为东阳市维创工业产品设计有限公司 地址由230601 安徽省合肥市经济技术开发区青龙潭路西,肥光路东,滨河小区北出口加工区公租房1#楼110室变更为322100 浙江省金华市东阳市江北街道猴塘社区东富小区15幢2号
3 2019-05-10 实质审查的生效 IPC(主分类): H04W 4/02 专利申请号: 201811601879.X 申请日: 2018.12.26
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种移动机器人定位方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤S1:首先在待定位的室内区域部署4个蓝牙信标,分别位于四个顶点,记为B1,B2,B3,B4,这四个信标的位置已知,分别记为
步骤S2:步骤S1中部署的信标辐射的信号会在室内形成无线电波信号场,在待定位的室内区域的不同指纹样本点,记为RP,采集无线电信号强度特征数据,形成特征数据矩阵其中, 表示信标Bi在样本点RPj处的无线电
信号强度,N为样本点数量,每个RP的坐标为(xj,yj);为每个样本点分配一个相似度系数权重αj=1;
步骤S3:采集待定位点接收到四个信标的信号强度数据,分别记为
并通过以下公式计算待定位点与四个信标之间的
距离:
RSSI=A-10·n·lg(d),
上式中,RSSI表示在待定位区域中某点接收到的信号强度数据,A表示参考距离1m处的接收信号强度数据,信号强度数据的单位为dBm,n为路径损耗因子,它的值为实际测得的经验值,障碍物越多,n值越大,d表示待定位点与信标之间的距离;
步骤S4:运用如下式子计算待定位点的坐标,这种方法计算出来的坐标记为(xw,yw):
其中, 表示四个信标的坐标位置,wi,i=1,2,3,4表示每个信标位
置的权值,这些权值是由步骤S3中计算出来的待定位点和每个信标之间的距离di,i=1,2,
3,4决定的,g为一个常数;
步骤S5:通过扫描步骤S2中得到的信号强度特征集合,依次对待定位点的信号强度特征数据与集合中的特征数据进行相似度计算,相似度计算的公式如下:
其中,sj表示待定位点与第j个样本点之间的相似度;
步骤S6:将步骤S5中计算出来的一系列相似度按降序排列,相似度最高的K个样本点被筛选出来,根据这K个样本点的位置坐标来计算待定位点的坐标,这种方法计算出来的坐标记为(xs,ys),计算方法如下:
其中,C为被选出来的K的样本点的序号集合,集合中有K个元素;
步骤S7:求取步骤S4和步骤S6中得到的两个位置坐标(xw,yw)与(xs,ys)的平均:计算最终的估计位置(x,y),如果(xs,ys)与(xw,yw)之间的距离小于一个预先设定的常数τ,则计算否则,令x=xw,y=yw;
对αj进行更新,如下:在(x,y)周围寻找与其最近的K的样本点,其序号集合记为C′,求然后更新αj如下: 其中δ>0。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人领域,特别是涉及一种移动机器人定位方法。

背景技术

[0002] 随着无线通信、互联网技术以及人工智能的快速发展,定位技术得到了广泛关注。在室内环境中,由于信号受建筑物遮挡和多径效应的影响,全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的定位精度受到严重制约,无法满足室内位置服务的需要。室内定位技术主要通过搭建室内定位系统,通过多基站完成对目标标签的定位。目前,室内定位技术主要分为基于测距和无需测距两大类。常见的基于测距的方法主要有基于接收信号强度指示(RSSI)、基于信号传输时间(TOA)、基于信号传输时间差(TDOA)和基于信号到达角度(AOA)等算法。其中,RSSI定位法不需要时钟同步和角度测量,功耗和成本较低,且不需额外的硬件支持,因此本发明采用基于RSSI的测距方法。
[0003] 当前,基于RSSI定位也得到了广泛的研究。文献“基于RSSI的节点定位方法,申请号:CN201410834896.3”公开了一种基于RSSI的节点定位方法,能够确实地解决对于任意目标节点计算其节点位置的问题,其次,可以对节点位置进行进一步地校正从而提高了其精确性。文献“一种基于网格聚类的RSSI室内定位算法,申请号:CN201810371361.5”针对由于复杂的室内环境而造成的定位精度不高的问题,提出一种基于RSSI的网格聚类的室内定位算法。其特点在于不需要获取室内环境的先验信息,广泛用于复杂的室内环境,可实现集中式或分布式目标标签的自主定位。该方案是基于RFID的,需要事先在地面上布置大量的标签,因此成本较高,对环境也带来一定的影响。文献“一种基于RSSI的MLE-PSO室内定位方法,申请号:CN201710234962.7”公开了一种基于RSSI的MLE-PSO室内定位方法,能够显著的提高基于室内定位精度,同时保证定位算法的计算速度、定位所需采集数据量大小、迭代次数等动态表现性能。
[0004] 然而,由于室内环境复杂,非视距通信与多路径效应十分显著,因此以上基于三角定位的方法可靠性较低。另外一种基于RSSI的定位方法是信息指纹定位,它是指采集定位区域的无线信号特征向量,然后通过无线信号特征向量进行匹配的定位方法。目前此类定位方法研究较少。

发明内容

[0005] 本发明技术克服现有技术的不足,解决了传统基于指纹的室内定位系统鲁棒性较差的问题。
[0006] 为解决上述问题,本发明公开了一种移动机器人定位方法,具体包括以下步骤:
[0007] 步骤S1:首先在待定位的室内区域部署4个蓝牙信标,分别位于四个顶点,记为B1,B2,B3,B4,这四个信标的位置已知,分别记为
[0008] 步骤S2:步骤S1中部署的信标辐射的信号会在室内形成无线电波信号场,在待定位的室内区域的不同指纹样本点,记为RP,采集无线电信号强度特征数据,形成特征数据矩阵
[0009]
[0010] 其中, 表示信标Bi在样本点RPj处的无线电信号强度,N为样本点数量,每个RP的坐标为(xj,yj);为每个样本点分配一个相似度系数权重αj=1;
[0011] 步骤S3:采集待定位点接收到四个信标的信号强度数据,分别记为并通过以下公式计算待定位点与四个信标之间的距离:
[0012] RSSI=A-10·n·lg(d),
[0013] 上式中,RSSI表示在待定位区域中某点接收到的信号强度数据,A表示参考距离1m处的接收信号强度数据,信号强度数据的单位为dBm,n为路径损耗因子,它的值为实际测得的经验值,障碍物越多,n值越大,d表示待定位点与信标之间的距离;
[0014] 步骤S4:运用如下式子计算待定位点的坐标,这种方法计算出来的坐标记为(xw,yw):
[0015]
[0016]
[0017]
[0018] 其中, 表示四个信标的坐标位置,wi,i=1,2,3,4表示每个信标位置的权值,这些权值是由步骤S3中计算出来的待定位点和每个信标之间的距离di,i=
1,2,3,4决定的,g为一个常数;
[0019] 步骤S5:通过扫描步骤S2中得到的信号强度特征集合,依次对待定位点的信号强度特征数据与集合中的特征数据进行相似度计算,相似度计算的公式如下:
[0020]
[0021] 其中,sj表示待定位点与第j个样本点之间的相似度;
[0022] 步骤S6:将步骤S5中计算出来的一系列相似度按降序排列,相似度最高的K个样本点被筛选出来,根据这K个样本点的位置坐标来计算待定位点的坐标,这种方法计算出来的坐标记为(xs,ys),计算方法如下:
[0023]
[0024]
[0025] 其中,C为被选出来的K的样本点的序号集合,集合中有K个元素;
[0026] 步骤S7:求取步骤S4和步骤S6中得到的两个位置坐标(xw,yw)与(xs,ys)的平均:计算最终的估计位置(x,y),如果(xs,ys)与(xw,yw)之间的距离小于一个预先设定的常数τ,则计算
[0027]
[0028]
[0029] 否则,令x=xw,y=yw;
[0030] 对αj进行更新,如下:在(x,y)周围寻找与其最近的K的样本点,其序号集合记为C′,求 然后更新αj如下: 其中δ>0。
[0031] 与已有的技术相比,本发明具有以下优点:
[0032] 1.本发明基于蓝牙技术进行室内定位,由于蓝牙技术已经广泛应用于日常生活中,使得该发明所提出定位方法的实现不需要额外的昂贵设备,成本较低;
[0033] 2.采用基于RSSI的测距方法,不需要时钟同步,功耗与成本都较低;
[0034] 3.融合传统的位置指纹定位方法与加权质心定位算法,增强了定位方法的鲁棒性。

实施方案

[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图与具体实施例对本发明进行详细说明。
[0037] 一种移动机器人定位方法,如图1所示,具体包括以下步骤:
[0038] 步骤S1:首先在待定位的室内区域部署4个蓝牙信标,分别位于四个顶点,记为B1,B2,B3,B4,这四个信标的位置已知,分别记为
[0039] 步骤S2:步骤S1中部署的信标辐射的信号会在室内形成无线电波信号场,在待定位的室内区域的不同指纹样本点,记为RP,采集无线电信号强度特征数据,形成特征数据矩阵
[0040]
[0041] 其中, 表示信标Bi在样本点RPj处的无线电信号强度,N为样本点数量,每个RP的坐标为(xj,yj);为每个样本点分配一个相似度系数权重αj=1;
[0042] 步骤S3:采集待定位点接收到四个信标的信号强度数据,分别记为并通过以下公式计算待定位点与四个信标之间的距离:
[0043] RSSI=A-10·n·lg(d),
[0044] 上式中,RSSI表示在待定位区域中某点接收到的信号强度数据,A表示参考距离1m处的接收信号强度数据,信号强度数据的单位为dBm,n为路径损耗因子,它的值为实际测得的经验值,障碍物越多,n值越大,d表示待定位点与信标之间的距离;
[0045] 步骤S4:运用如下式子计算待定位点的坐标,这种方法计算出来的坐标记为(xw,yw):
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 其中, 表示四个信标的坐标位置,wi,i=1,2,3,4表示每个信标位置的权值,这些权值是由步骤S3中计算出来的待定位点和每个信标之间的距离di,i=
1,2,3,4决定的,g为一个常数;
[0050] 步骤S5:通过扫描步骤S2中得到的信号强度特征集合,依次对待定位点的信号强度特征数据与集合中的特征数据进行相似度计算,相似度计算的公式如下:
[0051]
[0052] 其中,sj表示待定位点与第j个样本点之间的相似度;
[0053] 步骤S6:将步骤S5中计算出来的一系列相似度按降序排列,相似度最高的K个样本点被筛选出来,根据这K个样本点的位置坐标来计算待定位点的坐标,这种方法计算出来的坐标记为(xs,ys),计算方法如下:
[0054]
[0055]
[0056] 其中,C为被选出来的K的样本点的序号集合,集合中有K个元素;
[0057] 步骤S7:求取步骤S4和步骤S6中得到的两个位置坐标(xw,yw)与(xs,ys)的平均:计算最终的估计位置(x,y),如果(xs,ys)与(xw,yw)之间的距离小于一个预先设定的常数τ,则计算
[0058]
[0059]
[0060] 否则,令x=xw,y=yw;
[0061] 对αj进行更新,如下:在(x,y)周围寻找与其最近的K的样本点,其序号集合记为C′,求 然后更新αj如下: 其中δ>0。
[0062] 提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的,而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改,均应涵盖在本发明的范围之内。

附图说明

[0035] 图1为本发明流程图。
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