[发明专利]基于地磁序列的移动机器人室内定位方法及系统

权利要求书

1.基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于包括移动机器人的地磁序列指纹收集方法和改进的粒子滤波定位算法；

所述地磁序列指纹，是指移动机器人在匀速运动的同时，利用地磁传感器以固定频率采集的地磁强度序列；地磁序列指纹F={M₁,M₂,...,M_n},其中，M_i为第i点的地磁强度(1≤i≤n)，M_i=（M_ix,M_iy,M_iz），M_ix,M_iy,M_iz分别为地磁场强度M_i在x,y,z方向上的分量；

所述移动机器人的地磁序列指纹收集方法包括以下步骤：

步骤a，将室内平面地图的走廊通道划分成若干条直线，并用大写字母依序标记各条直线的起点、终点、交叉点；

步骤b，移动机器人为各条走廊通道从起点开始到终点采集地磁序列指纹，并通过里程仪记录每条走廊通道的长度；

步骤c，将采集的地磁序列指纹和走廊长度等数据上传至云服务器端，存入数据库；

所述改进的粒子滤波定位算法包括以下步骤：

步骤1，在室内地图中采集过地磁序列指纹的走廊通道均匀分布多个粒子，每个粒子具有位置信息和权重信息，权重越高说明机器人越可能在该位置；

步骤2，移动机器人通过里程仪获取定位时的运动信息，并更新每个粒子的位置信息；

步骤3，移动机器人获取定位时运动过程中所收集的地磁序列指纹，并对该地磁序列指纹进行滤波处理；

步骤4，将滤波处理后的地磁序列指纹作为观察值，计算其与数据库中粒子对应位置的地磁序列指纹的相似度，并重新评估每个粒子的权重信息；

步骤5，对所有粒子的权重信息进行归一化，选取对当前移动机器人位置评估的最优解；

步骤6，判断是否定位失效；如果定位失效，则返回步骤1重新定位；如果定位未失效，则继续执行步骤7；

步骤7，对所有粒子进行重采样，并返回执行步骤2进入下一轮迭代。

2.根据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤2所述运动信息包括方向Θ和位移ΔX，方向Θ取值只有+1和-1，分别表示走廊通道的两个方向；更新粒子位置信息时对位移ΔX加入高斯噪声；如果运动更新后粒子处于走廊边界外，则把该粒子权重信息赋值为0，并不在步骤4重新评估该粒子权重信息。

3.根据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤3中有一固定大小的缓冲区存储定位时收集的地磁序列指纹；当定位时收集的地磁序列指纹长度小于缓冲区大小时，则不足以进行定位，移动机器人继续运动采集地磁序列；当定位时收集的地磁序列指纹长度大于缓冲区大小时，缓冲区只存储最新采集的地磁序列指纹数据，并以缓冲区内的地磁序列指纹进行定位。

4.根据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤3中对采集的地磁序列指纹进行滤波处理，为了使地磁序列指纹的变化趋势更平滑，消除噪声干扰，对地磁序列指纹使用了低通滤波处理；为了使磁序列指纹平移到同一高度位置但保留其变化趋势，避免不同地磁传感器采集的地磁序列指纹存在的整体偏移的影响，对地磁序列指纹使用了高通滤波处理。

5.据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤4中地磁序列指纹的相似度计算使用了动态时间归整即DTW算法。

6.据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤5中选取最优解的策略利用了历史定位数据来选取最优解。

7.据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤6中是通过粒子的聚集度和权重值分布来进行定位失效的判断；若判断为定位失效，则重新开始定位。

8.据权利要求1所述的基于地磁序列的移动机器人室内定位方法，其特征在于步骤7中采用了三种重采样策略：1）轮赌盘采样；2）随机分布采样；3）最优解附近采样；所述轮赌盘采样是指在已有的粒子权重分布情况下进行重采样，保留高权重值的粒子；所述随机分布采样是指在移动机器人可达的采集过地磁序列指纹的区域随机分布粒子；所述最优解附近采样是指在最优解的粒子位置附近分布粒子。