[发明专利]基于双信标节点实现移动机器人定位的方法

说明书

本发明涉及一种基于双信标节点实现移动机器人定位的方法，移动机器人的通信半径与数个信标节点的通信半径相同，当移动机器人在其通信半径内只与无线传感器网络中的两个信标节点建立通信连接，则对所述的无线传感器网络建立二维直角坐标系，两个信标节点分别根据其与移动机器人的距离为半径、以自身的坐标信息为圆心做圆，根据两个圆的交点数量判断移动机器人的实际坐标信息。采用本发明的基于双信标节点实现移动机器人定位的方法，算法简单可靠，降低了对硬件的要求，无需里程计和陀螺仪，避免定位算法的累积误差，节省了网络成本，可扩展性强，适用性强、成本低廉、具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及机器人通信领域，尤其涉及机器人无线通信定位领域，具体是指一种基于双信标节点实现移动机器人定位的方法。

背景技术

定位技术是移动机器人研究中的一项关键技术,对于一个自主的机器人系统，精确的空间定位是其实现自主导航的前提.目前有很多方法可以得到机器人的位置信息，主要分为以下两类：①通过码盘、电子陀螺仪、加速度计等传感器记录机器人自己的移动过程，通过累计计算出当前时刻的位置；②通过雷达、激光测距仪、图像匹配等确定机器人与环境的相对位置进而获得自己的位置信息。但是由于移动机器人机动性强、自身建模困难，第一种方法积分累计误差对定位精度影响较大，第二种方法成本较高，需要增加昂贵的附属设备。

近年来，随着无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)技术研究的兴起，将移动机器人与无线传感器网络结合，实现机器人全区域定位和跟踪。基于WSN的定位算法主要分为两类：基于测距算法(Range-based)和非测距算法(Range-free)。前者通过信标节点间距或角度计算未知节点的位置，主要包括三边测量法(Trilateration Algorithm,TA)、极大似然估计法等；后者无需距离或角度信息，仅依靠网络连通性等信息实现目标定位，包括DV-hop定位算法、质心法、SPA(self-positioning algorithm)相对定位算法等。

其中，三边测量法需要三个或三个以上的信标节点才能定位，如果在机器人的通信范围内只有两个信标节点，则无法得到移动机器人的位置信息，此时就需要更改算法，使得移动机器人的定位变得复杂，延长了计算和分析的时间。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种通过两个信标节点就能确认移动机器人位置、简化结构、优化算法、提高分析速度、缩短计算时间的基于双信标节点实现移动机器人定位的方法。

为了实现上述目的，本发明的基于双信标节点实现移动机器人定位的方法具有如下构成：

该基于双信标节点实现移动机器人定位的方法，所述的移动机器人位于无线传感器网络中，其主要特点是，所述的无线传感器网络包含数个通信半径相同的信标节点，所述的移动机器人的通信半径与所述的数个信标节点的通信半径相同，当所述的移动机器人在其通信半径内只与所述的无线传感器网络中的两个信标节点建立通信连接，在所述的移动机器人的通信半径外存在数个未建立通信连接的信标节点，则三边测量法无法使用，所述的方法可以根据以下步骤来得到移动机器人的实际坐标信息：

(1)对所述的无线传感器网络建立二维直角坐标系，在二维直角坐标系内分布数个信标节点；

(2)与所述的移动机器人通信连接的两个信标节点分别根据其与所述的移动机器人的距离为半径、以自身的已知坐标信息为圆心做圆；

(3)根据两个圆的交点数量判断所述的移动机器人的实际坐标信息。

进一步地，所述的根据两个圆的交点数量判断所述的移动机器人的实际坐标信息，具体包括以下步骤：

(3.1)判断两个圆的交点数量为一个还是两个，如果为一个交点，则继续步骤(3.2)，如果为两个交点，则继续步骤(3.3)；