[发明专利]基于多超声传感器的移动机器人同步定位与地图构建方法

说明书

本发明公开了一种基于多超声传感器的移动机器人同步定位与地图构建方法，主要解决现有机器人使用超声传感器获取数据过于稀疏，无法准确定位并构建地图的问题。其实现方案是：1.在机器人机身各个方位设置较多数量的超声传感器；2.通过部署在机器人机身的超声传感器获取测量数据；3.对连续时间段内所获取到的超声测量数据进行组合；4.预测当前时刻的机器人位置；5.根据组合测量数据与已有地图的匹配情况，通过粒子得分确定机器人的当前时刻最终位置6.更新环境地图。本发明基于多超声传感器，结合定位算法得到移动机器人的位置和周围环境的地图，其成本较低、易于实现，且提高了机器人运动过程中的定位精度，可用于移动机器人的控制。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种基于多超声传感器的移动机器人同步定位与地图构建方法，可用于智能机器人控制。

背景技术

随着科学技术的进步，机器人发展日新月异，这种自动执行工作的移动机器人既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，还可以根据人工智能技术指定的原则行动，从而协助或取代人类的一些工作。例如人们日常生活经常接触到的家用机器人，它与人们生活息息相关，在家庭服务、娱乐、清洁方面的应用已经非常广泛，给人们的生活带来很大的帮助，已经成为人类未来生活不可分割的一部分。然而要实现以上功能，不可避免的，机器人在移动过程中，面临三个主要问题：在哪里，去哪里，怎么去？而这些问题的核心，就是关于移动机器人的导航技术。由于机器人受体型和活动环境的限制，现有机器人通常是基于已知环境地图或预设路径实现行走，甚至随机游走，这些行走方式不仅不够灵活、效率低，且对机器人机身具有破坏性，而且不能保证在动态可变的环境中智能做出行走决策，因此，移动机器人要实现自主运动，要解决的关键问题就是自身的定位问题以及对周围环境的感知问题。

移动机器人需要知道自己在哪个位置，然后根据自己的目标和周围环境地图进行路径规划，规划出最佳的路径，然后执行、完成更高层级的自主任务。移动机器人在所处未知环境下进行路径规划，需要感知周围环境，获取环境信息并判断自己的所处位置，即同步定位及地图构建。而机器人对于自身的定位和环境感知，可以通过多种不同的传感器来实现，包括超声传感器、红外传感器、视觉传感器以及激光雷达传感器，不同传感器的工作原理各不相同，实现定位和地图构建的方案也不一样。

现有移动机器人多采用激光雷达传感器或视觉传感器进行导航。使用激光雷达传感器实现同步定位及地图构建的机器人通常装有一个旋转装置，通过不断旋转激光发射器对周围环境进行360度的扫描，得到非常稠密的数据信息，从而实现精细测量，因此定位和导航效果相对较好，然而激光雷达成本太高无法大批量应用，配合其实现360度扫描过程的旋转部分也是增大成本一个原因，并且这种机械式的旋转致使旋转部分很容易磨损，严重制约了激光雷达的使用寿命，导致大部分激光雷达的使用寿命不超过一年；使用视觉传感器来实现移动机器人导航，成本相对较低，但采集到的环境信息太过丰富，从中提取有用信息需要经过大量计算，不适合在计算能力有限的嵌入式平台上应用。

超声传感器的原理简单，成本较低，且无须对数据本身进行大量处理，因而在移动机器人平台上有具有广阔的应用前景。但对于超声传感器的使用，由于超声测量精度有限，在现有移动机器人技术中往往只利用该其进行避障，很少应用于定位及构建地图，大部分的移动机器人平台上仅配备了少量超声传感器模块，所得超声数据太过稀疏，其带来的信息不足以实现移动机器人的同步定位和地图构建，无法满足移动机器人路径规划的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有方法的不足，提出一种基于多超声传感器的移动机器人同步定位与地图构建方法，通过在移动机器人装置周围均匀布置较多数量的超声传感器，从而在不引入旋转部件的情况下增大对周围环境的扫描范围，并组合多次扫描的数据，利用粒子滤波的方法实现定位；采用随障碍物距离指数衰减的测量模型，进行精确的地图构建；从而实现低成本下的超声波高精度定位。

为了实现上述目的，本发明基于多超声传感器的移动机器人同步定位与地图构建方法的技术方案包括如下步骤：

(1)设置超声传感器：