[发明专利]基于可见光定位的服务机器人运行路径计算方法

说明书

本发明涉及一种基于可见光定位的服务机器人运行路径计算方法，属于机器人智能控制领域。该路径计算方法采用A‑star算法进行路径规划及障碍物的规避；采用RHLED‑RSS定位算法及PDR惯导定位算法针对实际测距或预测测距进行双重测距计算；该路径计算方法采用LED光源作为信号的发射端，提供照明的同时向外发送调制后的光信号；该路径计算方通过RHLED‑RSS定位算法、PDR惯导定位算法获取服务机器人的实时位置，再由A‑star算法规划机器人到达指定地点的最短路径。本发明采用光源作为信号的发射端，提供照明的同时向外发送调制后的光信号，在机器人信号接收端进行解调和计算，从而实现定位功能。可见光相对于传统的通信技术具有低能耗，高速率，无电磁干扰的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于可见光定位的服务机器人运行路径计算方法，属于机器人智能控制领域。

背景技术

近年来，随着无线传感器网络及物联网技术的迅速发展，室内定位技术在智能机器人、大型商场导购等诸多领域中得到了广泛应用，成为重点研究对象之一。过去的几年里，对室内定位的研究主要停留在使用GPS、RFID、红外线、超声波、WLAN等技术。然而，采用GPS信号进行室内定位时，穿透建筑物墙壁后的射频信号非常弱导致定位误差过大。另一方面，采用RFID，红外线，超声波，WLAN等技术手段定位时，需要搭建复杂的定位设施环境，不仅成本高，定位精度和安全性也得不到有效保障。LED的发明为照明技术领域带来了新的革命。LED几乎综合了各种传统光源的优势，具有使用电压低、功率低、寿命长、易于小型化等优点。同时白光LED具有高速调制及响应时间短等特性，从而使LED的应用从照明领域扩展到了通信领域，能够同时实现照明和通信双重功能。基于白光LED的室内可见光通信(VLC)作为一种新兴的无线通信方式，在电磁辐射、使用环境、安全性等方面与射频无线通信方式相比有明显的优势。基于这些原因利用可见光实现室内定位被认为是有效的选择。近期，可见光定位技术得到了较为深入的研究。可见光通信技术飞速发展，相对于传统的通信技术(如蓝牙和Wi-Fi)，其具有低能耗、高速率、无电磁干扰等显著优点。

Yoshino.M等出了一种基于可见LED光图像传感器的可见光定位系统，可以实现测量接收端的位置和方向，其中照明中的每个LED发送差分三维空间坐标，并且图像传感器可以接收信号，但需要额外的图像处理技术且数据速率受限于图像处理速率。

张伟志等出了一种利用4个LED通过OOK调制信号收发功率差估计传输距离的定位方案，虽然可以取得一定精度但需要调制技术且背景光的影响较大。

Vegni A M等提出的定位算法是基于指纹定位的思想，需要大的训练集，计算量大。常用的可见光定位技术主要是基于三角形法，该方法需要估计发射端和接收端的距离。从可见光传输距离短定位精度高的特点出发，将传输距离信息作为加权因子引入定位算法中。有很多方法可以实现测距如接收信。号强度(RSS)、到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)等。AOA技术可以达到很好的精度估算，但在接收器侧需要部署图像传感器阵列，这是非常昂贵的。对于室内环境，发射机和接收器之间的较短距离导致信号的传输时间很短，对发射机与接收器的时钟精度及同步要求很高，使得TOA和TDOA技术难以实现。

Kim H等提出了一种采用RSS技术的可见光室内定位系统，该系统采用且仅采用3个LED作为发射机发射不同载波信号，接收端根据接收到的信号强度估计目标与发射机的距离，并且获得了误差约为6cm的定位性能。然而，仅使用3个定位光源导致定位节点(PN)在区域边缘定位精度下降。

Ganti D等提出了一种基于VLC的简单室内定位方法，并对实现跟踪预测的Kalman和粒子滤波算法的性能进行了仿真分析，但这种跟踪性能对距离估计初始值精度要求较高，而算法中距离估计采用的传统三边定位法其精度和抗遮挡能力都很难满足要求。

发明内容

本发明针对上述不足提供了一种基于可见光定位的服务机器人运行路径计算方法。

本发明采用如下技术方案：