[发明专利]一种基于自然语言处理的机器人导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自然语言处理的机器人导航方法，属于智能机器人导航领域。

背景技术

当人面对一个陌生环境时，“问路”是到达目的地的一个高效的方法。通过理解指路人的语言，人会在脑海中形成一个大概的行进路线以及路线上各个关键点的意象，人凭借这种意象能够顺利地到达目的地。基于同样的原理，如果当移动机器人面对一个完全陌生的室内环境时，人通过自然语言向其讲述如何行进，机器人在自然语言的理解与指导下自动运行到目的地，这无疑是一种高效的导航方法。该导航方法涉及到路径的自然语言下的路径重建描述(Natural Language Represention of Path，NLRP)“基于受限汉语的GIS路径重建研究”(.刘瑜，高勇，林报嘉，等.遥感学报，2004，8(4)：323-330)，以及自然语言依赖的导航地图。

在国外，针对英文的自然语言研究已经达到了一定的水平，一些学者利用英文的自然语言对机器人导航方法展开了研究，如Yuan Wei等人“Where to Go：Interpreting Natural Directions Using Global Inference”(Yuan Wei，Emma Brunskill，et al.2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation.kobe：Proceedings-IEEE International Conference on Robotics and Automation，2009.3761-3767.)在栅格地图的基础上提出了基于自然语言的路径提取算法，该算法通过改进的隐马尔科场算法在路径提取方面取得了较好的结果。Thomas kollar等人“Toward understanding natural language directions”(Kollar T，Tellex S，et al.Human-Robot Interaction(HRI).Boston：2010 5th ACM/IEEE International Conference，2010.259-267.)在Yuan Wei工作的基础上增加了动词和介词的理解，增加了系统对无限制自然语言的理解。

在国内，专门针对机器人导航的NLRP的分析还鲜有人研究，但在地理信息系统领域，部分学者对面向汉语的NLRP分析方法进行了研究，具有很大的借鉴价值。其中刘瑜等人对汉语路径描述中的动词进行了专门研究，并基于此提出了一种基于受限汉语的NLRP分析方法。张雪英等“面向汉语的自然语言路径描述方法.”(张雪英，闾国年，宦建.地球信息科学，2008，10(6)：757-762)对常用汉语的句法模式进行了研究，并提出了相关的算法。

在依赖的导航地图上，Yuan Wei与Thomas等人使用了栅格地图，这种地图能够辅助机器人对自然语言进行理解，但是获得这种地图，需要机器人事先在环境中行走，在环境有预先精确的描述。即使采用其它传统地图，也都是建立在对环境充分感知的基础上，对陌生、动态环境的处理效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于自然语言处理的机器人导航方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种基于自然语言处理的机器人导航方法，包括如下步骤：

步骤1，根据汉语路径描述规律和词典对自然语言表示路径的语句单元结构做语法分析，剔除无效路径信息后得到有效路径信息；

步骤2，提取有效路径信息中的前向landmark信息、方位转换信息和后向landmark信息；

步骤3，推导路标之间的空间位置关系，具体包括如下步骤：

步骤3-1，提取各个语句单元结构方位转换信息中的有效方位词；

步骤3-2，将所有有效方位词转换成绝对方位词；

步骤3-3，前一个路标保存后一个路标相对于自身的位置和距离信息；

步骤4，将路标的相对位置映射到以机器人当前坐标为零点的笛卡尔坐标系上，然后将该坐标系通过坐标变换映射到导航意象图上；

步骤5，根据路标在导航意向图中的表示和方位词模型，提取自然语言表示路径中的关键引导点；

步骤6，根据输入的起点和终点之间的实际距离和导航意向图中的起始点像素距离，确定初始比例尺；

步骤7，按照初始比例尺计算当前关键引导点与下一个关键引导点间的距离，确定在两个关键引导点之间的运行模式；