[发明专利]一种室内机器人方向感知方法

说明书

本发明公开一种磁场感应设备和一种室内机器人方向感知方法。所述的磁场感应设备是在半径为R的环形支架上均匀布置N个双轴磁强计；将N个双轴磁强计分别标号为1、2、3、…、N，以1号双轴磁强计安装在正对机器人移动的方向。所述的室内机器人方向感知方法一种基于人工神经网络的室内机器人方向感知方法。与现有的技术相比，本发明优点在于：1、该磁场感应设备可以多方位探测周围的环境磁场，为神经网络模型提供丰富的环境信息；2、采用人工神经网络技术，克服了三轴磁强计在磁场混乱的室内无法探测方向的问题以及从陀螺仪、视觉相机中解算的方向具有累积误差的问题，为室内机器人提供绝对的高精度的方向信息。

【技术领域】

本发明属于导航定位领域，具体涉及一种磁场感应设备和一种室内机器人方向感知方法。

【背景技术】

随着社会的发展，室内机器人对于提高社会生产力，解放人类劳动力具有重要的社会意义已经得到了社会各界广泛的共识。近几年来，伴随着人工智能、机器人技术、先进传感器技术、智能控制、模式识别等学科突飞猛进的发展，对室内机器人的研究成为了国内外各大科研团队和大学实验室研究的热点，著名的有日本本田公司开发的人形机器人ASIMO、波士顿动力公司开发的人形机器人Atlas和小狗机器人SpotMini、我国独立研制的第一台人型机器人“先行者”等。

在陌生环境中能够自主导航是室内机器人的基本能力，也是室内机器人智能的重要标志之一，其中室内机器人的方向感知能力是自主导航技术中至关重要的一环，也是主要难点。目前室内机器人的方向感知能力主要依靠陀螺仪、视觉里程计和室内磁场等信息，然而从陀螺仪和视觉相机中得到的方向信息都有不可避免的累积误差，同时室内磁场受到室内多种因素的干扰而混乱，在现有的设备基础上无法得到准确的方向估计。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种磁场感应设备和一种室内机器人方向感知方法，以解决现有技术中室内机器人的方向感知能力主要依靠陀螺仪、视觉里程计和室内磁场等信息，无法得到准确的方向估计的问题；利用一种新型的磁场感应设备感知磁场信息，同时利用人工神经网络处理得到的磁场信息，实现室内机器人实时感知方向。

本发明一种磁场感应设备，具体设计如下：

磁场感应设备的结构如附图1所示，在半径为R的环形支架上均匀布置N个双轴磁强计，这种双轴磁强计可实时测量所处位置在载体坐标系下的地磁场强度B在X轴、Y轴的分量(m_xb,m_yb)。相邻两个双轴磁强计之间的角度间隔为

将N个双轴磁强计与环形支架固定组成一个固定的结构。将N个双轴磁强计分别标号为1、 2、3、…、N，以1号双轴磁强计的方向作为主方向，即1号双轴磁强计的安装位置正对机器人移动方向。

一种室内机器人方向感知方法，尤其是一种基于人工神经网络的室内机器人方向感知方法，该方法分为以下5个步骤：

步骤1、将导航坐标系下的360度方向角从0度开始等分为M个区间，每一份的区间长度为取区间右边界对应的角度作为标签，得到M个角度标签，如(2)式所示，

步骤2、磁场感应设备安装在室内机器人结构中，即将N个分别标号为1、2、3、…、 N的双轴磁强计与环形支架固定组成一个固定的结构安装在室内机器人中，其中1号双轴磁强计安装方向正对机器人移动方向。在室内沿着步骤1设置的标签方向移动，记录磁场感应设备中N个双轴磁强计探测到的X轴和Y轴磁场信息和对应的标签方向，得到如(3) 式所示的数据

[(x₁,y₁,x₂,y₂,…,x_N,y_N),φ_j] (3)