【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于移动机器导航，尤其涉及一种家庭级机器人低功耗导航方法、系统、计算机设备和存储介质。
技术介绍
1、在家庭使用场景中，家庭服务机器人的应用非常广泛，机器人需要实现按照一定的路线行驶，这就涉及到如何导航的技术问题。
2、现在很多家庭级机器人是基于多传感器融合的自动驾驶汽车的导航技术，该技术需要在室外借助于gps、陀螺仪、电子罗盘、加速度计等传感器，这些传感器在室外可以使用，但在室内使用时精度很低误差很大。
3、另外地，存在较接近技术是slam技术，但该方法计算量很大，耗费cpu和内存的资源，同时也会耗费电池的电量，增加系统的功耗，而且会降低其他业务进程的响应速度，降低系统的实时性。
4、而且，机器人一般只能在初始位置，例如充电基座所在位置，接收到控制指令后，才出发行驶；当机器人在行驶过程中，遇到障碍物导致停止，此时需要重新规划导航，往往机器人的重定位和重导航能力差，效率低，更进一步地，在动态环境中，避障算法中的路径规划很多都是曲线路径，该路径可以较为圆润地避开障碍物，但是从功耗的角度考虑，该曲线的路径规划功耗较大。
5、以上的现有技术，都存在导航路径功耗高、效率低等问题，如果家庭服务机器人频繁充电会影响用户体验，降低机器人的工作效率，同时降低了电池的使用寿命，也增加了家庭用电开支，大大限制了家庭级机器人的推广和应用。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种家庭级机器人低功耗导航方法、系统、计算
2、为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种家庭级机器人低功耗导航方法，包括：
4、基于家庭场景及目标对象的位置，建立初始地图坐标系，并确定每个目标对象的初始坐标；
5、对机器人进行重定位：根据在机器人预设检测范围内的第一目标对象和第二目标对象之间的相对旋转角度α、机器人与第一目标对象之间的第一距离s1和机器人与第二目标对象之间的第二距离s2，建立重构坐标系，并确定机器人在重构坐标系中的坐标，经过转换计算，重定位出机器人在初始地图坐标系中的坐标；
6、接收作业指令，识别目标作业对象，基于目标作业对象和机器人在初始地图坐标系中的目标，制定导航路线。
7、在一些实施例中，在对机器人进行重定位时：
8、控制机器人原地旋转，使第一目标对象在其拍摄画面的中间，记录第一旋转角度β；
9、再控制机器人原地旋转，使第二目标对象在其拍摄画面的中间，记录第二旋转角度γ；
10、计算第一目标对象和第二目标对象之间的相对旋转角度α＝γ-β，其中，若γ＞360°，则α＝γ+360-β；
11、将相对旋转角度α与机器人内设激光雷达测得的旋转角度α`进行对比，两者相差不超过相对旋转角度α的5％，则求平均值，定义为相对旋转角度α。
12、在一些实施例中，在对机器人进行重定位时：
13、利用机器人的激光扫描传感器，计算得出机器人与第一目标对象之间的第一距离s1和机器人与第二目标对象之间的第二距离s2；
14、设定第一目标对象在重构坐标系中的坐标轴为(0,0)，第一目标对象与第二目标对象的连线为x轴，第一目标对象与第二目标对象之间的距离s3为：
15、
16、得到，第二目标对象在重构坐标系中的坐标轴为
17、在机器人所在的坐标点，画一条垂直于x轴的直线，将角度α分为两部分，一部分是α1，另一部分是α2，可得以下公式(2)：
18、s1cosα1＝s2cos(α-α1)＝s2(cosαcosα1+sinαsinα1) (2)
19、公式(2)的变形为
20、(s1-s2cosα)cosα1＝sinαsinα1 (3)
21、两边均做平方运算
22、(s1-s2cosα)2cos2α1＝sin2α(1-cos2α1) (4)
23、可以获得
24、
25、还可以获得
26、
27、可得，机器人的坐标值(a1x，a1y)为
28、
29、在一些实施例中，在对机器人进行重定位时：
30、将重构坐标系平移(-x2，-y2)，其中第一目标对象在初始地图坐标系中的坐标值为(x2，y2)；
31、机器人平移后的坐标值(a2x，a2y)可表示为(a2x+x2，a2y+y2)，可得以下公式(7)和(8)：
32、
33、
34、再将重构坐标系旋转角度-θ，机器人旋转后的坐标值(a3x，a3y)，存在以下公式(9)：
35、a2x＝a3xcos(-θ)-a3ysin(-θ)
36、a2y＝a3xsin(-θ)-a3ycos(-θ) (9)
37、基于以上分析，可以得到公式(10)
38、
39、根据公式(10)，坐标轴平移和旋转后，机器人在初始地图坐标系中的坐标值(a3x，a3y)可以表示为公式(11)
40、
41、在一些实施例中，制定导航路线时：
42、根据能量守恒定律，可得f*s＝p，其中f是机器人的驱动力，s是移动轨迹的距离，p代表机器人运动产生的功耗值。又根据牛顿第二定律，f＝ma，m是机器人的质量，a是机器人运动的加速度。加速度是速度的变化量，因此a＝δv/δt＝dv。通过以上分析可得以下公式：
43、
44、在公式(12)中d是微分符号；ros的/odom话题每秒钟输出15次左右，平均每隔67ms输出一次，该67ms可作为dt，因此p的大小只与dv和ds有关；
45、在/odom话题中，速度的输出为lx、ly、lz、ax、ay、az，其中lx、ly、lz字段代表机器人的在xyz三个方向上的线速度，ax、ay、az字段代表机器人的在xyz三个方向上的角速度；移动轨迹的距离输出为ox、oy、oz、ow、px、py、pz，其中ox、oy、oz、ow字段为四元数，代表机器人旋转的角度值，px、py、pz字段代表机器人的在xyz三个方向上移动的距离；
46、设定机器人到目标作业对象之间的移动距离为s，将旋转距离和直线距离结合在一起计算，当dt为大概67ms时，ds可以作为在dt时间范围内的移动距离；
47、机器人的移动轨迹为曲线，定义机器人的位置为a点，目标作业对象的位置为b点，在dt的67ms范围内，机器人从a点沿曲线移动到b点，实际的移动距离为s1，机器人在a点的朝向指向a点切线方向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，在对机器人进行重定位时：
3.如权利要求2所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，在对机器人进行重定位时：
4.如权利要求3所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，在对机器人进行重定位时：
5.如权利要求1至4任一项所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，制定导航路线时：
6.如权利要求5所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
7.如权利要求6所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
8.如权利要求7所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，制定导航路线时：
9.如权利要求8所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，所述机器人在中间点执行旋转动作，当车轮旋转角度为2π时，光电编码器的脉冲量为M，当车轮旋转角度为θ时，光电编码器的脉冲量为m，则车轮旋转的角度如下：
10.如权利要求9所述的
11.如权利要求10所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，利用线性SVR算法预测机器人的旋转角度值，API是来自sklearn.svm包的LinearSVR()，参数如下，epsilon的值为0，loss的值为epsilon_insensitive，intercept_scaling的值为1.0。
12.如权利要求11所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
13.如权利要求6至12任一项所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
14.一种家庭级机器人低功耗导航系统，应用如权利要求1至13任一项所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，包括：
15.如权利要求14所述的一种家庭级机器人低功耗导航系统，其特征在于，
16.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至13中任一项所述的方法的步骤。
17.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质可以为非易失性的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序当被处理器执行时使处理器执行如权利要求1至13中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，在对机器人进行重定位时：
3.如权利要求2所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，在对机器人进行重定位时：
4.如权利要求3所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，在对机器人进行重定位时：
5.如权利要求1至4任一项所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，制定导航路线时：
6.如权利要求5所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
7.如权利要求6所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
8.如权利要求7所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，制定导航路线时：
9.如权利要求8所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，所述机器人在中间点执行旋转动作，当车轮旋转角度为2π时，光电编码器的脉冲量为m，当车轮旋转角度为θ时，光电编码器的脉冲量为m，则车轮旋转的角度如下：
10.如权利要求9所述的一种家庭级机器人低功耗导航方法，其特征在于，
11.如权利要求10所述的一种家...
【专利技术属性】
技术研发人员：严毓培，尹雪梅，马维旻，潘强，林晓欣，
申请(专利权)人：珠海城市职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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