[发明专利]一种移动机器人地磁感知导航方法

说明书

本发明公开了一种移动机器人地磁感知导航方法，涉及移动机器人地磁导航技术领域，本发明通过地磁传感器获取移动机器人所在位置处的地磁数据，与目标位置处的地磁数据进行比较，经强化学习算法的导航解算给出移动机器人下一步运动的执行运动参数，移动机器人在运动过程中依据地磁趋势性搜索到达指定的目标位置。本发明是一种不用于地磁匹配方式的导航新方法，采用强化学习方法，根据地磁环境反馈信号进行机器学习，以实现移动机器人导航的目的。

技术领域

本发明涉及移动机器人地磁导航技术领域，特别涉及一种移动机器人地磁感知导航方法。

背景技术

导航是移动机器人研究中存在的基本问题，对于借助地磁特征参量的匹配导航技术，表征为移动机器人利用实时测量的地磁数据与先验地磁数据图进行相关匹配，以得到位置信息。地磁匹配的导航技术具有自主性高、隐蔽性强的特点，但是其导航定位精度受限于先验数据图的获取，已然成为该导航技术的研究瓶颈。

而现有的地磁导航技术存在一定的应用弊端，即导航的定位精度和导航适用范围受先验数据图的完整性、精确度限制，难以在未知环境中应用；同时就目前环境探测技术而言，建立先验数据库往往比较困难或昂贵，受到诸多局限，所以就需要一种移动机器人地磁感知导航方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种移动机器人地磁感知导航方法，用以解决现有技术中存在的问题。

一种移动机器人地磁感知导航方法，包括如下步骤：

S1、初始设定运动时刻k＝0，并获得移动机器人当前时刻所处位置以及目标位置的地磁参量；

S2、当k＝k+1时，从环境中观察当前状态<s_k>，即该点位置的地磁参量且判断移动机器人当前时刻所处位置的地磁参量的目标函数与所述目标位置的地磁参量的目标函数值是否在预设范围内；若是，则表示到达目标位置，完成此次导航；否则跳转到S3；

S3、确定移动机器人在选择一个执行运动参数θk后收到一个立即回报r_k，即：

其中，r_k＝1表示移动机器人执行θ^k后得到的奖励，即将该方向保留，增加该方向上后续被选取的转移概率；r_k＝-1表示移动机器人执行θ^k后得到的惩罚，即执行该方向后所需的代价较高，偏离目标位置，从而将该方向摒弃掉；

S4、确定移动机器人在当前时刻对应的运动方向，将移动机器人沿所述运动方向行驶预设步长，重复上述S2和S3，直到完成导航。

优选地，在所述S2中，所述目标函数通过以下方法构建，包括：

S201、对于任意一个点，其磁场参量环境B可描述为：

B＝{B₁,B₂,…,B_n} (2)

其中，B₁,B₂,…,B_n为地球磁场的参量元素；

S202：将目标位置处的地磁参量与该点位置的地磁参量中对应的任意一个参量元素之间的差作为目标函数，即：

其中，表示目标位置处第i个地磁参量的值，表示当前时刻所处位置的第i个地磁参量的值，g_i表示第i个地磁参量的子目标函数；

S203、获取目标位置处的地磁参量与该点位置的地磁参量中每个参量元素对应的目标函数，对所述目标函数进行如下的归一化处理，即：