一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法

摘要

本发明涉及智能机器人领域，且公开了一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，包括差分GPS组网虚拟参考站构建—差分信号数据链构建—坐标转换—数据处理—实际测试。该一种基于电学特性的判断电子元器件可用性的方法，通过差分GPS组网虚拟参考站可以扩大机器人的活动区域，通过系统控制中心可以使得各机器人和固定基准站同步进行GPS静态定位，解决了由于基线长度增加导致定位精度下降的问题，机器人可以和参考站之间形成超短基线的差分GPS定位，实时性更高，通过对观测数据进行加权融合，并通过最小二乘估计确定机器人的位置，消除GPS数据中的粗差，可以提高对机器人的定位精度。

说明书

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，特别涉及一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法。

背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，机器人具有感知、决策、执行等基本特征，随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透，结合这些领域的应用特点，发展出了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器人，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，在高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、服务业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途，在多机器人的协作与导航的各项技术难点中，导航和定位技术又是多机器人研究中的重要环节，GPS导航技术为移动机器人自主移动提供了最先进的手段之一，随着GPS实际应用需求的不断增加，GPS定位技术得到不断的提升，差分GPS技术的出现使GPS的定位精度有了质的飞跃。

现有的多个机器人差分定位组网的定位方法存在一些缺点，首先，GPS定位技术应用了多机器人的协作与导航时，只能在一定区域范围内保证移动机器人的定位精度，随着基线长度的增加，对流层和电离层等误差的相关性减弱甚至消失，使得常规差分GPS技术不能满足定位精度要求，其次，差分GPS在测量过程中不可避免的会遇到跳周和电磁干扰等情况，继而形成突变的“野值”，影响定位精度，此外，无法使各机器人与固定基准站进行GPS同步静态定位，为此，我们提出了一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，通过差分GPS组网虚拟参考站可以扩大机器人的活动区域，通过系统控制中心可以使得各机器人和固定基准站同步进行GPS静态定位，解决了由于基线长度增加导致定位精度下降的问题，机器人可以和参考站之间形成超短基线的差分GPS定位，实时性更高，通过对观测数据进行加权融合，并通过最小二乘估计确定机器人的位置，消除GPS数据中的粗差，可以提高对机器人的定位精度。

(二)技术方案

为实现上述具备通过差分GPS组网虚拟参考站可以扩大机器人的活动区域，通过系统控制中心可以使得各机器人和固定基准站同步进行GPS静态定位，解决了由于基线长度增加导致定位精度下降的问题，机器人可以和参考站之间形成超短基线的差分GPS定位，实时性更高，通过对观测数据进行加权融合，并通过最小二乘估计确定机器人的位置，消除GPS数据中的粗差，可以提高对机器人的定位精度的目的，本发明提供如下技术方案：1.一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，其特征在于：包括差分GPS组网虚拟参考站构建—差分信号数据链构建—坐标转换—数据处理—实际测试，具体如下：

差分GPS组网虚拟参考站构建：所述差分GPS组网虚拟参考站构建由系统控制中心、固定参考站网络、移动机器人三部分组成，可以扩大机器人的活动区域，可以提高对机器人的定位精度，可以使得各机器人和固定基准站进行GPS同步静态定位，机器人可以和参考站之间形成超短基线的差分GPS定位；

差分信号数据链构建：可以实现系统控制中心、固定基站、机器人之间数据通信，可以减少通信时延，实时性高；

坐标转换：可以将协议地球坐标系转换成便于使用的平面坐标系。

数据处理：可以提高定位数据的可靠性，可以消除粗差带来的不利影响。

曲线分析：可以分析多个机器人差分定位组网的定位效果。

优选的，所述差分GPS组网虚拟参考站构建中的系统控制中心同时具备通信控制、数据处理的能力，系统控制中心通过特定的通信线路与各参考站建立数据联系，同时通过现代无线网络将差分改正信息发送给机器人，固定参考站通过无线通信技术实时地向控制中心发送观测数据，移动机器人上安装有GPS接收器和无线调制解调器，可以在接收GPS观测信息的同时实时获取来自数据中心的差分改正信息，完成差分后的GPS点位信息计算。

优选的，所述差分GPS组网虚拟参考站构建中未被选为固定基准站的移动机器人(流动站)在继续运行时，首先进行GPS伪距单点定位在其附近确定一个概略坐标，将该坐标所在的真实位置作为虚拟参考站坐标位置，并把该坐标位置发送给系统控制中心。

优选的，所述差分GPS组网虚拟参考站构建，被作为固定参考站的各机器人将观测数据经过数据链路发送到控制中心，控制中心就此可以计算出各站的偏差改正，结合流动站发送来的概略坐标，利用网络改正数内插方法进行内插，得出概略坐标处的改正数，进而可以建立虚拟参考站，由于虚拟参考站的位置就是由移动机器人的GPS伪距单点定位而得，彼此距离很短，移动机器人可以和虚拟参考站间形成超短基线的差分GPS定位。

优选的，所述差分信号数据链构建通过串口和无线局域网构成的数据链对控制中心改正数转发的时间延迟在100ms以内，可以满足差分定位精度的要求。

优选的，所述坐标转换采用高斯-克吕格投影计算将协议地球坐标系转化为平面坐标系，便于使用。

优选的，所述数据处理选择稳健估计方法对粗差加以判别和剔除，通过对GPS的测量数据进行加权，消除会使估计值偏离真实值的粗差，然后采用最小二乘估计法确定机器人的当前位置。

优选的，所述曲线分析中得出经过加权和最小二乘后的GPS曲线，可以分析定位效果并优化算法。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，具备以下有益效果：

1、该一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，通过多个机器人建立差分GPS组网虚拟参考站，能够有效地克服常规差分GPS存在的缺陷，通过系统控制中心向各机器人发出指令，可以要求机器人暂停运行，各机器人和固定基准站进行GPS同步静态定位，根据机器人下一步的活动区域选择合适的机器人所在位置作为固定基准站网络，解决由于移动机器人离基准站基线长度过远带来的定位精度减小的问题。

2、该一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，通过坐标转换可以将协议地球坐标系转换成便于使用的平面坐标系，通过对观测数据进行加权融合，各机器人可以便捷地在较大空间范围内获得均匀、高精度和可靠的定位结果，可以使得多个机器人在较大的区域内同步进行定位，通过最小二乘估计确定机器人的位置，消除GPS数据中的粗差，可以提高对机器人的定位精度，根据输出曲线可以进一步优化定位算法。

(三)附图说明

图1为本发明工作流程图。

(三)具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，其特征在于：包括差分GPS组网虚拟参考站构建1—差分信号数据链构建2—坐标转换3—数据处理4—实际测试5，具体如下：

差分GPS组网虚拟参考站构建1：差分GPS组网虚拟参考站构建1由系统控制中心、固定参考站网络、移动机器人三部分组成，可以扩大机器人的活动区域，可以提高对机器人的定位精度，可以使得各机器人和固定基准站进行GPS同步静态定位，机器人可以和参考站之间形成超短基线的差分GPS定位；

差分信号数据链构建2：可以实现系统控制中心、固定基站、机器人之间数据通信，可以减少通信时延，实时性高；

坐标转换3：可以将协议地球坐标系转换成便于使用的平面坐标系

数据处理4：可以提高定位数据的可靠性，可以消除粗差带来的不利影响曲线分析5：可以分析多个机器人差分定位组网的定位效果。

差分GPS组网虚拟参考站构建1中的系统控制中心同时具备通信控制、数据处理的能力，系统控制中心通过特定的通信线路与各参考站建立数据联系，同时通过现代无线网络将差分改正信息发送给机器人，固定参考站通过无线通信技术实时地向控制中心发送观测数据，移动机器人上安装有GPS接收器和无线调制解调器，可以在接收GPS观测信息的同时实时获取来自数据中心的差分改正信息，完成差分后的GPS点位信息计算。

差分GPS组网虚拟参考站构建1中未被选为固定基准站的移动机器人流动站在继续运行时，首先进行GPS伪距单点定位在其附近确定一个概略坐标，将该坐标所在的真实位置作为虚拟参考站坐标位置，并把该坐标位置发送给系统控制中心。

差分GPS组网虚拟参考站构建1，被作为固定参考站的各机器人将观测数据经过数据链路发送到控制中心，控制中心就此可以计算出各站的偏差改正，结合流动站发送来的概略坐标，利用网络改正数内插方法进行内插，得出概略坐标处的改正数，进而可以建立虚拟参考站，由于虚拟参考站的位置就是由移动机器人的GPS伪距单点定位而得，彼此距离很短，移动机器人可以和虚拟参考站间形成超短基线的差分GPS定位。

差分信号数据链构建2通过串口和无线局域网构成的数据链对控制中心改正数转发的时间延迟在100ms以内，可以满足差分定位精度的要求。

坐标转换3采用高斯-克吕格投影计算将协议地球坐标系转化为平面坐标系，便于使用。

数据处理4选择稳健估计方法对粗差加以判别和剔除，通过对GPS的测量数据进行加权，消除会使估计值偏离真实值的粗差，然后采用最小二乘估计法确定机器人的当前位置。

曲线分析5中得出经过加权和最小二乘后的GPS曲线，可以分析定位效果并进一步优化算法。

综上，该一种基于多个机器人差分定位组网的定位方法，通过多个机器人建立差分GPS组网虚拟参考站，能够有效地克服常规差分GPS存在的缺陷，通过系统控制中心向各机器人发出指令，可以要求机器人暂停运行，各机器人和固定基准站进行GPS同步静态定位，根据机器人下一步的活动区域选择合适的机器人所在位置作为固定基准站网络，解决由于移动机器人离基准站基线长度过远带来的定位精度减小的问题；通过坐标转换可以将协议地球坐标系转换成便于使用的平面坐标系，通过对观测数据进行加权融合，各机器人可以便捷地在较大空间范围内获得均匀、高精度和可靠的定位结果，可以使得多个机器人在较大的区域内同步进行定位，通过最小二乘估计确定机器人的位置，消除GPS数据中的粗差，可以提高对机器人的定位精度，根据输出曲线可以进一步优化定位算法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。