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申请/专利权人：昆明理工大学

摘要：本发明涉及多机器人协同定位技术领域，且公开了一种面向通讯干扰的多机器人协同定位方法、处理器及介质针对协同定位时通讯中断、通讯丢包等问题，设计了弹性的协同定位算法，即全局与局部相结合的分布式协同定位方法。该方法将协同定位时机器人的状态更新过程拆分为时间传播更新、观测更新以及通讯更新三个部分，通过全局状态估计的方式更新时间状态更新，并建立通讯干扰状态下的时间预测更新模型；局部与全局相结合完成观测更新，并且利用误差关系构建事件触发条件，以该条件构建事件触发机制对观测对象进行决策；局部状态更新结合CI算法完成通讯更新；均衡考虑系统的一致性、鲁棒性和通讯代价，构建出多种估计方式相耦合的混合型协同定位方法。

主权项：1.一种面向通讯干扰的多机器人协同定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将协同定位时机器人的状态更新过程拆分为三个过程，具体为时间传播更新、观测更新和通讯更新；S2、对所有机器人状态进行估计，对受到通讯干扰未能获取定位信息的机器人，建立时间预测更新模型估计其状态，具体包括以下步骤：S2.1、对观测到的个机器人进行全局状态表示，具体表达式如下： ；其中，表示时刻全局状态信息，、、、分别表示机器人、、、在时刻获取的位置信息，在出现通讯干扰时，、、、表示机器人、、、在时刻的预测位置，，表示机器人在时刻的预测位置，上标表示转置，表示机器人在时刻的状态的转置，，和表示机器人在时刻的位置坐标，表示在时刻的航向角；S2.2、对机器人在时刻的状态进行时间传播更新，并得出全局状态时间更新，具体表达式如下： ；其中，表示机器人在时刻时间传播更新所得状态，表示机器人在时刻速度输入，表示机器人在时刻速度输入噪声，表示单位时间，表示的余弦值，表示的正弦值，表示机器人时间传播更新方程，表示时间传播更新所得横向位置信息，表示时间传播更新所得纵向位置信息，表示时间传播更新所得航向信息，全局状态时间更新的表达式如下： ；其中，表示机器人1位置与输入速度的时间传播更新方程，表示机器人j位置与输入速度的时间传播更新方程，表示机器人N位置与输入速度的时间传播更新方程，表示机器人在时刻的预测速度，表示机器人i位置与输入速度的时间传播更新方程，表示全局状态时间更新；S2.3、当机器人通讯受到干扰时，将机器人在时刻的预测速度替换为协方差矩阵极大的高斯随机向量，当机器人通讯恢复时，更新机器人的位置信息，则时间传播更新时的协方差矩阵的更新表达式如下： ；其中，表示机器人在时刻时间传播更新时的协方差矩阵，表示机器人在时刻时间传播更新时的协方差矩阵，表示全局状态更新下的状态转移矩阵，为过程噪声，依据下式可求出全局状态更新的协方差矩阵，表达式如下： ；其中，表示机器人在时刻局部状态的协方差矩阵，表示机器人在时刻局部状态的协方差矩阵，表示机器人状态转移矩阵，表示机器人状态转移矩阵的转置，表示全局过程噪声，表示机器人i的噪声转移矩阵，并求解得出局部状态更新的协方差矩阵： ； ；其中，表示对角元素为的对角矩阵，分别表示机器人不同的状态转移矩阵，、、分别表示机器人1，i，N的噪声转移矩阵，且，，，的表达式如下： ； ； ； ；其中，表示时间传播更新方程，表示状态信息，表示输入速度，位置信息；S3、依据机器人观测目标分别为机器人和固定地标的不同建立不同的估计方法，当观测目标为机器人时采用全局状态EKF进行位姿估计，当观测对象为地标时，则采用局部状态EKF算法更新定位信息，当同时观测目标为机器人和固定地标时，通过估计误差构建事件触发条件，进而建立事件触发观测更新，具体步骤如下：S3.1、构建观测方程，具体表达式如下：观测目标为机器人的观测方程： ； ；其中，表示观测对象为机器人时的观测方程，表示机器人j的预测位置信息，表示机器人在时刻时间传播更新所得状态，和分别表示机器人j预测的横向和纵向位置，和分别表示机器人i时间传播更新在时刻横向和纵向位置信息，表示机器人i时间传播更新在时刻航向信息，表示时间传播更新所推算的机器人i与机器人j的相对位置关系，表示机器人和机器人在时刻的估计相对角度，表示机器人和机器人在时刻的估计相对距离，通过传感器获得机器人间的相对距离和相对角度： ；其中，表示传感器观测机器人i与机器人j在时刻的相对位置关系，表示机器人和机器人在时刻的相对距离，表示机器人和机器人在时刻的相对角度；观测目标为地标的观测方程： ； ；其中，表示观测对象为地标时的观测方程，表示地标位置，表示机器人i与地标时间传播更新所推算相对位置关系，表示机器人和地标在时刻的估计相对角度，表示机器人和地标在时刻的估计相对距离，由传感器得到机器人与地标间的测量值表达式如下： ；其中，表示传感器测得机器人i与地标间相对位置关系，表示机器人与地标间在时刻的相对距离，表示机器人与地标间在时刻的相对角度；S3.2、构建事件触发观测更新策略：当机器人和地标同时作为观测对象时，构造二元决策变量，用于判断地标观测更新的估计可信度，具体表达式如下： ；其中，表示二元决策变量，表示机器人与地标间在时刻的相对距离，表示在时刻估计相对距离和测量得出的相对距离之间的误差值，“”表示利用地标观测更新，“”表示利用机器人观测更新，和分别表示时间触发参数，事件触发观测更新表达式如下： ；其中，表示时刻全局状态信息，表示时间更新状态信息，表示时刻的增益系数，表示时刻是传感器观测相对位置关系，表示时刻是时间传播更新推算观测相对位置关系，且、、、表达式如下： ； ； ； ；其中，表示时间传播更新所得全局状态信息，表示表示时间传播更新所推算的机器人i与机器人j的相对位置关系，表示表示机器人i与地标间时间传播更新所推算相对位置关系，表示实际传感器观测机器人i与机器人j的相对位置关系，表示表示传感器测得机器人i与地标𝜆间相对位置关系，表示观测对象为机器人j时的增益系数，表示观测对象为地标𝜆时的增益系数，所述和的表达式如下： ； ；其中，表示机器人在时刻时间传播更新时的协方差矩阵，表示机器人在时刻局部状态的协方差矩阵，表示状态变量到观测对象为机器人时的全局状态下的转换矩阵，表示状态变量到观测对象为地标时的全局状态下的转换矩阵，表示的转置，表示的转置，上标表示矩阵的逆，表示时刻测量噪声矩阵，并对协方差矩阵进行更新，具体表达式如下： ； ；其中，表示时刻测量噪声矩阵的逆矩阵，表示时刻测量噪声矩阵的逆矩阵；S4、所述通讯更新具体为采用局部状态估计结合CI算法进行通讯更新，包括以下步骤：S4.1、依据计算公式通过被观测机器人的位置可得观测机器人的位置信息，具体表达式如下： ；其中，表示观测机器人由被观测机器人推测的位置信息，表示传感器测得相对距离和相对角度，表示机器人j在时刻的位置信息，表示通讯更新方程，所述观测机器人由被观测机器人推测的位置信息的具体计算表达式如下： ；其中，表示机器人和机器人在时刻的相对距离，表示机器人i与机器人j的相对角度，表示通讯更新下机器人和机器人推测所得横向位置信息，表示通讯更新下机器人和机器人推测所得轴向位置信息；S4.2、当多个机器人与机器人通讯时，机器人的状态更新表达式如下： ； ；其中，表示与机器人通讯的机器人集，表示拟合系数且，上标表示矩阵的逆，表示时刻全局状态协方差矩阵，表示与机器人通讯的机器人集中所有数据进行求和，，且满足极小化性能指标，表达式如下： ；其中，表示极小值，表示服从下标拟合系数要求下的极小值，表示内部矩阵的迹。

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