一种基于加速度计和气压计的电梯搭乘机器人楼层判断方法

技术领域

本发明涉及一种基于传感器数据的楼层判断技术，特别是一种利用气压计和加速度计进行楼层预测的方法和算法。

背景技术

移动服务机器人大量应用于各种园区、商厦、医院、办公大楼等场所，在这些场所提供服务遇到的一个普遍问题是：服务机器人如何实现多层楼宇中楼层的跨越和导航？爬楼梯和搭乘电梯是可行的两种方式，而搭乘电梯又是其中的主要方式。为了实现电梯搭乘，目前广为采用的方案是改造电梯，使得轮式机器人和电梯控制系统实现无线通信，从而控制电梯的运行，但是这种方案局限性大，因为不同电梯公司的控制系统均不开放，而且协议不兼容，所以改造所有建筑物中内的电梯成本高昂、适用性差，难以大范围推广，因此目前希望有一种能够像人一样可自主搭乘并操控电梯的移动服务机器人。为了自主搭乘电梯，机器人本身必须具备对电梯运行状态的准确判断的能力，其中电梯当前停靠楼层的准确判断特别重要，因为一旦机器人误出现在错误的楼层，则其无法继续执行后续任务，所以如何让服务机器人能自主准确判断当前停靠楼层有着重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于加速度计和气压计的可以自主搭乘电梯的服务机器人进行跨楼层服务时的楼层判断方法。本发明综合利用了气压计和加速度计，算法简单，适应性强，能够准确地在电梯运行过程中判断当前停靠楼层。

本发明解决上述问题的技术方案包括以下步骤：

(1)到达新环境初次启用电梯搭乘机器人时，由人操控电梯在每层楼停靠，并在停靠时采集气压计数据，对采集的气压数据进行中值滤波后，通过公式

(2)机器人每次进入电梯前采集气压计数据，在中值滤波后通过公式

(3)计算当前海拔H

(4)利用加速度计判断电梯是否停靠某层；

(5)当判断电梯在某层停靠时，立即采集气压计数据，并在中值滤波后通过公式

(6)用当前海拔高度H

(7)在记录的关系表中找到与H最接近的海拔高度对应的楼层号，如果楼层号为目标楼层，则机器人驶离电梯，否则继续搭乘电梯。

上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的P为气压传感器获取的气压值

上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的P

上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的H

上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤中的H

上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，所述步骤(1)和(4)的电梯停靠判断的具体步骤为：采集垂直方向加速度数据，并进行拉格朗日插值拟合，若与电梯运行速度曲线近似，则判定电梯发生停靠

上述基于加速度计和气压计的电梯搭乘服务机器人楼层判断方法，中值滤波对气压计数据进行数据预处理的具体步骤为：

①确定窗口的起始位置：第一个数据作为窗口的起始位置。

②确定窗口的结束位置：设置窗口大小为9，结束位置等于起始位置加8。

③将窗口内的数据进行排序：在窗口范围内，使用快速排序将数据进行排序，以便找到中间值。

④更新数据：将计算得到的中间值作为原始数据在窗口中心位置的新数值，

经过中值滤波处理后的数据将被更新和替换。

⑤滑动窗口：将窗口向右移动一个位置，以滑动窗口的方式处理整个数据序列。重复步骤3到步骤5，直到窗口滑动到数据的末尾。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用了气压计和加速度计多传感器信息，其中加速度计的数据变化情况可以有效判断电梯运行状态，在此基础上利用气压计和海拔高度数据的强关联关系，可以方便的计算得到楼层高度数据。

2、本发明利用海拔高度差判断楼层，避免了改造电梯，以及基于视觉信息等高成本和困难的途径，是一种易于实现，成本低廉，且适应性强的楼层判断解决方案。

3、本发明设计的楼层判断即时校正算法具有对噪声、天气、温湿度的影响不敏感的显著优点，解决了气压数据随天气和温湿度漂移的问题，能够很好的分辨楼层变化，具有良好的环境适应性和实用性。

附图说明

图1是本发明的检测方法流程图。

图2是气压中值滤波方法流程图。

图3是电梯运行速度变化示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的基于加速度计和气压计的电梯搭乘移动机器人楼层判断方法，其具体流程为：

(1)到达新环境初次启用电梯搭乘机器人时，由人操控电梯在每层楼停靠，并在停靠时采集气压计数据，对采集的气压数据进行中值滤波后，通过公式

(2)机器人每次进入电梯前采集气压计数据，在中值滤波后通过公式

(3)计算当前海拔H

(4)利用加速度计判断电梯是否停靠某层；

(5)当判断电梯在某层停靠时，立即采集气压计数据，并在中值滤波后通过公式

(6)用当前海拔高度H

(7)在记录的关系表中找到与H最接近的海拔高度对应的楼层号，如果楼层号为目标楼层，则机器人驶离电梯，否则继续搭乘电梯。

如图2所示，本发明的所述的中值滤波对气压计数据进行数据预处理，其具体流程为：

①确定窗口的起始位置：第一个数据作为窗口的起始位置。

②确定窗口的结束位置：设置窗口大小为9，结束位置等于起始位置加8。

③将窗口内的数据进行排序：在窗口范围内，使用快速排序将数据进行排序，以便找到中间值。

④更新数据：将计算得到的中间值作为原始数据在窗口中心位置的新数值，

经过中值滤波处理后的数据将被更新和替换。

⑤滑动窗口：将窗口向右移动一个位置，以滑动窗口的方式处理整个数据序列。重复步骤3到步骤5，直到窗口滑动到数据的末尾。

如图3所示，本发明的所述利用加速度计判断电梯是否停靠某层其具体流程为：

①收集加速度数据：采集加速度记垂直方向上的数据，获取一系列已知加速度数据点，包括自变量(时间)和因变量(加速度)的数值。

②确定插值阶数：根据数据的分布和拟合要求，采用拉格朗日插值多项式

③拉格朗日插值多项式的阶数选择为数据点的数量减1。

④构造拉格朗日基函数：根据已知数据点的数量，构造相应数量的拉格朗日基函数。每个基函数都是关于自变量的多项式，用于插值过程。

⑤计算基函数的系数：将已知加速度数据点的函数值与对应的拉格朗日基函数相乘，并将它们相加，得到插值多项式的表达式。此时，需要计算每个基函数的系数。

⑥分析拟合效果：评估拟合效果，计算插值多项式曲线与图三电梯速度曲线之间的均方误差，若小于阈值则认为电梯停靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。