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    重庆时时彩送白菜: 一种室内机器人定位方法及装置.pdf

    关 键 词:
    一种 室内 机器人 定位 方法 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610982664.1

    申请日:

    2016.11.08

    公开号:

    CN106341887A

    公开日:

    2017.01.18

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):H04W 64/00申请日:20161108|||公开
    IPC分类号: H04W64/00(2009.01)I; H04W84/12(2009.01)I; G01S11/06 主分类号: H04W64/00
    申请人: 北京创想智控科技有限公司
    发明人: 吴兴华; 凌清; 宋仕超; 陈猛
    地址: 100000 北京市海淀区创业中路36号4层406室
    优先权:
    专利代理机构: 北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙) 11371 代理人: 杨明
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610982664.1

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.02.15|||2017.01.18

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了一种室内机器人定位方法及装置,该方法包括:根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定机器人与无线局域网基站之间的距离;根据上述距离和无线局域网基站的位置坐标,确定机器人的位置坐标;获取机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的分布图;计算机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与分布图上不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的匹配概率,根据匹配概率确定机器人的辅助定位位置坐标;根据机器人的位置坐标和辅助定位位置坐标确定机器人的实际位置坐标。本发明中,不仅能定位出机器人在室内的位置坐标,而且定位比较准确。

    权利要求书

    1.一种室内机器人定位方法,其特征在于,所述方法包括:
    根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机器人与无线局域网基站
    之间的距离;
    根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,确定所述机器人的位置坐标;
    获取所述机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的分布
    图;
    计算所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与所述分布图上不同参考位置
    的匹配概率,根据所述匹配概率确定所述机器人的辅助定位位置坐标;
    根据所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐标确定所述机器人的实
    际位置坐标。
    2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计算所述机器人接收的无线局域网的
    信号强度指示值与所述分布图上不同参考位置的匹配概率,包括:
    确定所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值的平均值;
    根据所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值及所述平均值,对所述机器人接
    收的无线局域网的信号强度指示值进行计数,得到所述机器人接收的无线局域网的信号强
    度指示值的计数值;
    计算所述计数值与所述分布图上每个参考位置的匹配概率。
    3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述匹配概率确定所述机器人的
    辅助定位位置坐标,包括:
    确定每个所述参考位置对应的匹配概率与1的差值,选取所述差值的绝对值最小的匹
    配概率;
    将所述差值的绝对值最小的匹配概率对应的参考位置的位置坐标确定为所述机器人
    的辅助定位位置坐标。
    4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据机器人接收的无线局域网的信号
    强度指示值确定所述机器人与无线局域网基站之间的距离之前,还包括:
    对机器人接收的无线局域网的信号强度指示值进行修正。
    5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据机器人接收的无线局域网的信号
    强度指示值确定所述机器人与无线局域网基站之间的距离,包括:
    计算距离所述无线局域网基站预设距离时所述机器人接收的无线局域网的信号强度
    指示值和所述机器人接收的无线局域网的信号强度值之间的差值;
    根据所述机器人与所述无线局域网基站之间的距离的对数和所述差值之间的比例关
    系,确定所述机器人和所述无线局域网基站之间的距离。
    6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述机器人接收的无线局域网的
    信号强度指示值确定所述机器人与无线局域网基站之间的距离,包括:
    根据距离所述无线局域网基站预设距离时所述机器人接收的无线局域网的信号强度
    指示值和所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值,通过公式(1)计算所述机器人
    与所述无线局域网基站之间的距离;
    <mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <msup> <mn>10</mn> <mfrac> <mrow> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>10</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>a</mi> </mrow> </mfrac> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    其中,在公式(1)中,d为所述机器人与所述无线局域网基站之间的距离,d0为所述预设
    距离,a为衰减常量,p(d0)为距离所述无线局域网基站预设距离时所述机器人接收的无线
    局域网的信号强度指示值,p(d)为所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值。
    7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述距离和所述无线局域网基站
    的位置坐标,确定所述机器人的位置坐标,包括:
    根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,通过公式(2)计算所述机器人的位
    置坐标;
    (x-xi)2+(y-yi)2=di2 (2)
    其中,在公式(2)中,(x,y)为所述机器人的位置坐标,(xi,yi)为第i个所述无线局域网
    基站的位置坐标,di为所述机器人与所述第i个无线局域网基站之间的距离。
    8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述机器人的位置坐标和所述机
    器人的辅助定位位置坐标确定所述机器人的实际位置坐标,包括:
    计算所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐标的平均坐标;
    将所述平均坐标确定为所述机器人的实际位置坐标。
    9.一种室内机器人定位装置,其特征在于,所述装置包括:
    第一确定???,用于根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机器人
    与无线局域网基站之间的距离;
    第二确定???,用于根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,确定所述机器
    人的位置坐标;
    获取???,用于获取所述机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号强度
    指示值的分布图;
    匹配???,计算所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与所述分布图上不同
    参考位置的匹配概率,根据所述匹配概率确定所述机器人的辅助定位位置坐标;
    第三确定???,用于根据所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐标确
    定所述机器人的实际位置坐标。
    10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述匹配??榘ǎ?br />比较单元,用于确定每个所述参考位置对应的匹配概率与1的差值,选取所述差值的绝
    对值最小的匹配概率;
    第一确定单元,用于将所述差值的绝对值最小的匹配概率对应的参考位置的位置坐标
    确定为所述机器人的辅助定位位置坐标。

    说明书

    一种室内机器人定位方法及装置

    技术领域

    本发明涉及机器人及定位技术领域,具体而言,涉及一种室内机器人定位方法及
    装置。

    背景技术

    随着机器人学的不断发展,室内机器人得到了越来越多的应用,比如说扫地机器
    人等等,在室内机器人应用中,能否准确的定位室内机器人的位置对于室内机器人的路径
    规划非常重要,因此,室内机器人定位是实现机器人自主导航的关键,对于提高机器人的自
    动化水平具有重要的意义。

    现有的定位技术,有全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、惯性导航
    系统(Inertial Navigation System,INS)等,GPS系统虽然能够提供稳定的导航信息,但
    是,当处于室内环境、楼宇密集、矿井及隧道等环境下时,GPS信号会衰减,导致无法检索到
    GPS信号,从而不能实现室内机器人的定位,而INS系统,随着使用时间的增加,误差会不断
    的积累,当长时间使用而不校准时,定位将产生极大的偏差,导致不能准确的定位出室内机
    器人的位置。

    发明内容

    有鉴于此,本发明实施例的目的在于提供一种室内机器人定位方法及装置,以解
    决现有技术中不能准确定位出机器人在室内的位置的问题。

    第一方面,本发明实施例提供了一种室内机器人定位方法,其中,所述方法包括:

    根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机器人与无线局域网
    基站之间的距离;

    根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,确定所述机器人的位置坐标;

    获取所述机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的
    分布图;

    计算所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与所述分布图上不同参考
    位置的匹配概率,根据所述匹配概率确定所述机器人的辅助定位位置坐标;

    根据所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐标确定所述机器人
    的实际位置坐标。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式,其
    中,所述计算所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与所述分布图上不同参考位
    置的匹配概率,包括:

    确定所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值的平均值;

    根据所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值及所述平均值,对所述机器
    人接收的信号强度指示值进行计数,得到所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值
    的计数值;

    计算所述计数值与所述分布图上每个参考位置的匹配概率。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式,其
    中,所述根据所述匹配概率确定所述机器人的辅助定位位置坐标,包括:

    确定每个所述参考位置对应的匹配概率与1的差值,选取所述差值的绝对值最小
    的匹配概率;

    将所述差值的绝对值最小的匹配概率对应的参考位置的位置坐标确定为所述机
    器人的辅助定位位置坐标。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式,其
    中,所述根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机器人与无线局域网基
    站之间的距离之前,还包括:

    对机器人接收的无线局域网的信号强度指示值进行修正。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式,其
    中,所述根据所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机器人与无线局域
    网基站之间的距离,包括:

    计算距离所述无线局域网基站预设距离时所述机器人接收的无线局域网的信号
    强度指示值和所述机器人接收的无线局域网的信号强度值之间的差值;

    根据所述机器人与所述无线局域网基站之间的距离的对数和所述差值之间的比
    例关系,确定所述机器人和所述无线局域网基站之间的距离。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式,其
    中,所述根据所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机器人与无线局域
    网基站之间的距离,包括:

    根据距离所述无线局域网基站预设距离时所述机器人接收的无线局域网的信号
    强度指示值和所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值,通过公式(1)计算所述机
    器人与所述无线局域网基站之间的距离;

    <mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <msup> <mn>10</mn> <mfrac> <mrow> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>10</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>a</mi> </mrow> </mfrac> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

    其中,在公式(1)中,d为所述机器人与所述无线局域网基站之间的距离,d0为所述
    预设距离,a为衰减常量,p(d0)为距离所述无线局域网基站预设距离时所述机器人接收的
    无线局域网的信号强度指示值,p(d)为所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第六种可能的实现方式,其
    中,所述根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,确定所述机器人的位置坐标,包
    括:

    根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,通过公式(2)计算所述机器人
    的位置坐标;

    (x-xi)2+(y-yi)2=di2 (2)

    其中,在公式(2)中,(x,y)为所述机器人的位置坐标,(xi,yi)为第i个所述无线局
    域网基站的位置坐标,di为所述机器人与所述第i个无线局域网基站之间的距离。

    结合第一方面,本发明实施例提供了上述第一方面的第七种可能的实现方式,其
    中,所述根据所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐标确定所述机器人的
    实际位置坐标,包括:

    计算所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐标的平均坐标;

    将所述平均坐标确定为所述机器人的实际位置坐标。

    第二方面,本发明实施例提供了一种室内机器人定位装置,其中,所述装置包括:

    第一确定???,用于根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定所述机
    器人与无线局域网基站之间的距离;

    第二确定???,用于根据所述距离和所述无线局域网基站的位置坐标,确定所述
    机器人的位置坐标;

    获取???,用于获取所述机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号
    强度指示值的分布图;

    匹配???,用于将所述机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与所述分布图
    上不同参考位置的匹配概率,根据所述匹配概确定所述机器人的辅助定位位置坐标;

    第三确定???,用于根据所述机器人的位置坐标和所述机器人的辅助定位位置坐
    标确定所述机器人的实际位置坐标。

    结合第二方面,本发明实施例提供了上述第二方面的第一种可能的实现方式,其
    中,所述匹配??榘ǎ?br />

    选取单元,用于确定每个所述参考位置对应的匹配概率与1的差值,选取所述差值
    的绝对值最小的匹配概率;

    第一确定单元,用于将所述差值的绝对值最小的匹配概率对应的参考位置的位置
    坐标确定为所述机器人的辅助定位位置坐标。

    本发明实施例提供的室内机器人定位方法及装置,通过无线局域网(Wireless
    Local Area Networks,WLAN)定位机器人在室内的位置,不仅能够定位出机器人在室内的
    位置,而且定位比较准确。

    为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合
    所附附图,作详细说明如下。

    附图说明

    为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附
    图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对
    范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
    些附图获得其他相关的附图。

    图1示出了本发明实施例1所提供的室内机器人定位方法的流程图;

    图2示出了本发明实施例2所提供的室内机器人定位装置的结构示意图。

    具体实施方式

    为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例
    中附图,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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实
    施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的
    实施例的详细描述并非旨在限制要求?;さ谋痉⒚鞯姆段?,而是仅仅表示本发明的选定实
    施例?;诒痉⒚鞯氖凳├?,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所
    有其他实施例,都属于本发明?;さ姆段?。

    考虑到现有的定位技术有GPS定位、INS定位,虽然GPS系统虽然能够提供稳定的导
    航信息,但是当处于室内环境、楼宇密集、矿井和隧道等环境下时,GPS信号会衰减,导致无
    法检测到GPS信号,进而不能实现机器人的定位,而INS定位,随着时间的累加,误差会不断
    的积累,当长时间使用而不进行校准时,定位将产生很大的偏差,导致不能准确的定位出机
    器人在室内的位置?;诖?,本发明实施例提供了一种室内机器人定位方法及装置,下面通
    过实施例进行描述。

    实施例1

    本发明实施例提供了一种室内机器人定位方法,该方法通过WLAN实现机器人在室
    内的定位,不仅能够定位出机器人在室内的位置,而且定位比较准确。

    采用本发明实施例提供的方法定位机器人在室内的位置之前,需要在室内设置多
    个WLAN无线局域网基站,该WLAN无线局域网基站可以是路由器、中继器、无线接入点或者无
    线保真(Wireless-Fidelity,WIFI)??榈鹊?。

    本发明实施例中,在房间内设置有多个无线局域网基站,机器人移动到任意位置
    时,均可以接收到不止一个无线局域网基站发射的信号,在设置无线局域网基站时,需要确
    定无线局域网基站的位置坐标,以房间内的某一个角落作为坐标原点,确定出每个无线局
    域网基站的位置坐标,在本发明实施例中出现的所有的位置坐标均是以同一个角落作为坐
    标原点。

    比如说,在某个实施例中,室内的面积为10平方米,将室内划分为0.1m×0.1m的网
    格单元,无线局域网基站可以设置三台,以房间内的某个角落作为坐标原点,三个无线局域
    网基站的坐标分别是(1.2,3.6)、(7.8,6.3)和(2.5,8.4),此处,只是举例说明一种室内无
    线局域网基站的设置数量及位置,并没有限定室内的面积、无线局域网基站的数量及坐标,
    无线局域网基站的数量和坐标可以根据实际应用场景进行设置。

    采用本发明实施例提供的方法定位机器人在室内的位置时,包括步骤S110-S150,
    具体如下。

    在本发明实施例中,如果机器人所在的室内存在一些障碍物,比如说,存在一些玻
    璃、桌椅、墙壁等障碍物时,会影响无线局域网信号的传输,这时,需要对机器人接收的无线局
    域网的信号强度指示值进行修正,具体可以通过公式
    进行修正,其中,在该公式中,为机器人所在位置接收的无线局域网的信号强度指示值
    的平均路径损耗,为距离无线局域网基站d0距离处接收的无线局域网的信号强度指
    示值的平均路径损耗,F为衰减因子,nSF为常数,d0为参考距离,即与无线局域网基站之间的
    距离,该距离为预设的,可以为1m、10m等等,d为机器人所在位置与无线局域网基站之间的
    距离,该距离可以通过机器人底座上的电机尾部的编码器的读数得到。

    当上述障碍物不同时,衰减因子F取不同的值。

    当计算出机器人所在位置接收的无线局域网的信号强度指示值的平均路径损耗
    后,将与机器人接收到的无线局域网的信号强度指示值相乘,得到修正后的信号
    强度指示值,即机器人实际接收的无线局域网的信号强度指示值。

    在本发明实施例中,下文出现的机器人接收到的无线局域网的信号强度指示值,
    均指的是修正后的信号强度指示值,即机器人实际接收的无线局域网的信号强度指示值。

    S110,根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确定机器人与无线局域网
    基站之间的距离。

    由于室内设置有多个无线局域网基站,机器人在室内移动到任意位置均可以接收
    到不止一个无线局域网基站发射的信号强度指示值,根据信号强度指示值确定机器人和无
    线局域网基站之间的距离,具体包括:

    计算距离无线局域网基站预设距离时机器人接收的无线局域网的信号强度指示
    值和机器人接收的无线局域网的信号强度指示值之间的差值;根据机器人与无线局域网基
    站之间的距离的对数和上述差值之间的比例关系,确定机器人和无线局域网基站之间的距
    离。

    机器人与无线局域网基站之间的距离的对数和上述差值之间存在一定的比例关
    系,因此,可以通过上述比例关系确定出机器人和信号与无线局域网基站之间的距离,具体
    过程为:

    根据距离无线局域网基站预设距离时机器人接收的无线局域网的信号强度指示
    值和机器人接收的无线局域网的信号强度指示值,通过公式(1)计算机器人与无线局域网
    基站之间的距离;

    <mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <msup> <mn>10</mn> <mfrac> <mrow> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>p</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>10</mn> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>a</mi> </mrow> </mfrac> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

    其中,在公式(1)中,d为机器人与无线局域网基站之间的距离,d0为预设距离,a为
    衰减常量,p(d0)为距离无线局域网基站预设距离时机器人接收的无线局域网的信号强度
    指示值,p(d)为机器人接收的无线局域网的信号强度指示值。

    上述预设距离为预先设置的一个距离值,可以为1m、2m等,该数值可以根据实际应
    用场景进行设置,本发明实施例并不限定上述预设距离的具体数值。

    在本发明实施例中,首先获取距离无线局域网基站预设距离的位置接收的无线局
    域网的信号强度指示值p(d0),将p(d0)作为一个参考值,当机器人在移动过程中,不断获取
    机器人接收的无线局域网的信号强度指示值p(d),根据公式(1)计算出机器人和无线局域
    网基站之间的距离。

    机器人在移动过程中接收不止一个无线局域网基站发射的网络信号,因此,通过
    上述方法可以计算出机器人和每个无线局域网基站之间的距离。

    S120,根据上述距离和无线局域网基站的位置坐标,确定机器人的位置坐标。

    当计算出机器人和无线局域网基站之间的距离后,根据计算出的距离和无线局域
    网基站的位置坐标,确定机器人的位置坐标,具体包括:

    根据上述距离和无线局域网基站的位置坐标,通过公式(2)计算机器人的位置坐
    标;

    (x-xi)2+(y-yi)2=di2 (2)

    在公式(2)中,(x,y)为机器人的位置坐标,(xi,yi)为第i个无线局域网基站的位置
    坐标,di为机器人与第i个无线局域网基站之间的距离。

    机器人在移动过程中能够接收到不止一个无线局域网基站发射的网络信号,可以
    接收3个无线局域网基站发射的网络信号,也可以接收4个无线局域网基站发射的网络信
    号,当然还可以接收其它数量个无线局域网基站发射的网络信号,能够接收的无线局域网
    基站的个数可以根据具体应用场景确定,本发明实施例并不限定上述无线局域网基站的具
    体数目。

    下面将以三个无线局域网基站为例,详细介绍根据上述距离和无线局域网基站的
    位置坐标确定机器人的位置坐标的具体过程:

    当上述无线局域网基站的数目为三个时,将三个无线局域网基站分别记为第一个
    无线局域网基站、第二个无线局域网基站和第三个无线局域网基站,通过公式(1)可以分别
    计算出机器人与第一个无线局域网基站之间的距离d1,机器人与第二个无线局域网基站之
    间的距离d2,机器人与第三个无线局域网基站之间的距离d3,且将第一个无线局域网基站的
    位置坐标记为(x1,y1),将第二个无线局域网基站的位置坐标记为(x2,y2),将第三个无线局
    域网基站的位置坐标记为(x3,y3),将机器人的位置坐标记为(x,y),根据第一个无线局域网基
    站的位置坐标及第一个无线局域网基站和机器人之间的距离,通过公式(2)可以列出方程式
    根据第二个无线局域网基站的位置坐标及第二个无线局域
    网基站和机器人之间的距离,通过公式(2)可以得出方程式
    根据第三个无线局域网基站的位置坐标及第三个无线局域网基站和机器人之间的距离,通
    过公式(2)可以得出方程式将上述得出的三个方程式联立,
    可以计算出机器人的位置坐标,该三个方程式计算出的机器人的位置坐标为

    <mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>x</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>y</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>x</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

    将通过该方法计算得出的机器人的位置坐标记为机器人的位置坐标。

    有时通过上述三个方程可能无法得出机器人的位置坐标,这时可以采用如下方法
    计算机器人的位置坐标,通过上述三个方程,求解A圆和B圆的交点坐标,记为(Xab1,Yab1),
    (Xab2,Yab2),圆A与圆C的交点坐标,记为(Xac1,Yac1),(Xac2,Yac2).圆B和圆C的交点坐标,记为
    (Xbc1,Ybc1),(Xbc2,Ybc2),其中,A圆指的是包含第一个ZigBee节点(x1,y1)在内的圆,但是,第
    一个ZigBee节点(x1,y1)并不是A圆的圆心,B圆指的是包含第二个ZigBee节点(x2,y2)在内
    的圆,但是第二个ZigBee节点(x2,y2)并不是B圆的圆心,C圆指的是包含第三个ZigBee节点
    (x3,y3)在内的圆,但是第三个ZigBee节点(x3,y3)并不是该圆的圆心,将圆A与圆C的交点坐
    标带入公式中,可以确定出距离B圆圆心较近的点的坐标,记
    为(Xac,Yac),同理可以确定出距离A圆圆心较近的点的坐标,记为(Xbc,Ybc),距离C圆圆心较
    近的点的坐标,记为(Xab,Yab),根据上述三个点的坐标,可以得出机器人的位置坐标为
    其中,(x,y)为机器人的位置坐标。

    S130,获取机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的
    分布图。

    在采用本发明实施例提供的方法定位机器人在室内的位置时,需要预先建立室内
    不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的分布图,具体过程包括:

    首先获取机器人所在室内的地图,根据选取的无线局域网基站的功率将上述室内
    的地图划分成多个正方形网格,每个正方形网格的大小是一样的,确每个正方形网格的初
    始计数值为0,将每个正方形网格确定为一个参考位置,每个正方形网格均可以接收不止一
    个无线局域网基站发射的信号,计算每个正方形网格接收的多个无线局域网基站发射的信
    号强度指示值的平均值,将该平均值确定为信号阈值,将该正方形网格接收到的某个无线
    局域网基站的信号强度指示值与该信号阈值进行比较,当信号强度指示值大于该信号阈值
    时,将该正方形网格的计数值加1,当信号强度指示值小于该信号阈值时,将该正方形网格
    的计数值减1,当信号强度指示值等于信号阈值时,该正方形网格的计数值不发生变化,通
    过上述方法可以得到每个正方形网格的信号强度指示值的计数值,根据每个正方形网格的
    位置坐标及该位置坐标对应的计数值,建立机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域
    网的信号强度指示值的分布图。

    除此之外,还可以对机器人接收的无线局域网的信号强度指示值进行计数,用计
    数值表示机器人在每个参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值。

    具体过程包括:首先将机器人所在区域划分为多个正方形网格,且将每个正方形
    网格的初始计数值设置为0,每个正方形网格表示一个参考位置,该正方形网格的大小可以
    与无线局域网基站的功率有关系,可以根据具体应用时选取的无线局域网基站的功率进行
    设置,本发明实施例并不限定上述正方形网格的具体大??;采集每个正方形网格接收的无
    线局域网的信号强度指示值,每个正方形网格处均可以接收到不止一个无线局域网基站发
    射的信号,计算正方形网格接收到的信号强度指示值的平均值,将该平均值作为阈值,并将
    该正方形网格出接收到的每个无线局域网基站发射的信号强度指示值与该阈值进行比较,
    当该指示值大于阈值时,将该正方形网格的计数值加1,当该指示值等于阈值时,该正方形
    网格的计数值不发生变化,当该指示值小于阈值时,将该正方形网格的计数值减1,由此得
    到每个正方形网格计数值,得到上述分布图。

    S140,计算机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与上述分布图上不同参考
    位置的匹配概率,根据匹配概率确定机器人的辅助定位位置坐标。

    机器人在移动过程中,移动到室内任何位置时,均可以接收到不止一个无线局域
    网基站发射的信号,计算机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与上述分布图上不同
    参考位置的匹配概率,具体包括:确定机器人接收的无线局域网的信号强度指示值的平均
    值;根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值及上述平均值,对机器人接收的无线
    局域网的信号强度指示值进行计数,得到机器人接收的无线局域网的信号强度指示值的计
    数值;计算上述计数值与分布图上每个参考位置的匹配概率。

    在本发明实施例中,将机器人移动到任何位置时接收到的无线局域网的信号强度
    指示值的计数值的初始值设置为0,当机器人在移动过程中,确定出机器人在当前位置接收
    到的无线局域网的信号强度指示值的平均值,将机器人接收到的多个无线局域网基站发射
    的信号强度指示值与该平均值进行比较,当信号强度指示值大于平均值时,将当前位置对
    应的计数值加1,当信号强度指示值等于平均值时,当前位置对应的计数值不发生变化,当
    信号强度指示值小于平均值时,将当前位置对应的计数值减1,得到当前位置的对应最终计
    数值,将该最终计数值分别与每个正方形网格的计数值进行匹配,即计算上述最终计数值
    与每个正方形网格的计数值的比值,将该比值确定为匹配概率。

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn 确定每个参考位置对应的匹配概率与1的差值,选取差值的绝对值最小的匹配概
    率;将上述差值的绝对值最小的匹配概率对应的参考位置的位置坐标确定为机器人的辅助
    的行为位置坐标。

    当上述计算出的机器人接收的无线局域网的信号强度指示值的计数值与分布图
    上不同正方形网格处的计数值越接近,两者的比值越接近1,这时两者的匹配程度越高。

    S150,根据上述机器人的位置坐标和机器人的辅助定位位置坐标确定机器人的实
    际位置坐标。

    当通过上述两种方法分别计算出机器人的位置坐标和机器人的辅助定位位置坐
    标后,根据机器人的位置坐标和辅助定位位置坐标确定机器人的实际位置坐标,具体包括:

    计算机器人的实际位置坐标和机器人的辅助定位位置坐标的平均坐标;将上述平
    均坐标确定为机器人的实际位置坐标。

    上述计算出的机器人的辅助定位位置坐标可能有多个,当定位出多个辅助定位位
    置坐标时,将机器人的多个辅助定位位置坐标与机器人的位置坐标进行比较,选取与机器
    人的位置坐标最接近的机器人辅助定位位置坐标,计算该最接近的机器人的辅助定位位置
    坐标与机器人的位置坐标的平均值,将该平均值确定为机器人的实际位置坐标。

    上述将两种方法确定的位置坐标求平均,得到的定位出的机器人的位置更准确,
    减少了误差。

    除此之外,还可以通过如下匹配的方法,确定出机器人的辅助定位位置坐标,首先
    需要建立机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的分布图,具
    体过程为:

    首先在室内选取多个参考位置,该参考位置的数目和在室内所处的位置坐标可以
    根据实际应用场景进行选取,本发明实施例并不限定上述参考位置的数据和在室内的具体
    位置坐标。

    当选取了参考位置后,在每个参考位置均可以接收到不止一个无线局域网基站传
    输的网络信号,且接收的信号强度指示值符合正太分布,因此,可以得出在某个参考位置接
    收的无线局域网的信号强度指示值的似然函数,在该公
    式中,μ为在该参考位置接收到的无线局域网的信号强度指示值的期望,σ为在该参考位置
    接收的无线局域网的信号强度指示值的标准差,且μ和σ均为未知参数,xi为上述参考位置
    接收的第i个无线局域网基站的信号强度指示值,n为接收的无线局域网基站的个数,求取
    上述似然函数的对数函数
    将该对数函数对期望和偏差求偏微分,可以得到该对数函数的极大死燃气函数,
    根据该极大似然函数,求取出概率密度最
    大时对应的期望和方差,将该期望确定为该参考位置接收为无线局域网的信号强度指示
    值,通过上述方法计算出每个参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值,根据每个参
    考位置的位置坐标、接收的无线局域网的信号强度指示值及方差建立室内分布图。

    在对机器人进行定位时,则直接获取机器人所在室内的分布图。

    当上述分布图中每个参考位置处接收的信号强度指示值是通过期望和方差表征
    时,可以通过如下方法计算匹配概率,具体包括:机器人移动到任意位置时,均可以接收到
    多个无线局域网基站发射的信号强度指示值,首先计算接收到的其中一个无线局域网基站在
    分布图上每个参考位置的概率,通过如下公式计算,
    在该公式中,m为分布图上参考位置的个数,μm为第m个参考位置接收的无线局域网的信号
    强度指示值,σm为第m个参考位置接收的无线局域网的信号强度指示值的方差,RSSIt为机器
    人接收的第t个无线局域网基站发射的信号强度指示值,t为机器人可接收信号的无线局域
    网基站的个数,pm(x,y)为在第m个参考位置的概率,通过上述公式计算接收的第t个无线局
    域网基站在分布图上每个参考位置的概率,采用同样的方法计算出接收的t各无线局域网
    基站在分布图上每个参考位置的概率,将每个参考位置的t各概率值相乘,得到每个参考位
    置对应的匹配概率。

    将每个参考位置对应的匹配概率进行比较,选取最大的匹配概率,将最大的匹配
    概率对应的参考位置确定为机器人的辅助定位位置坐标,计算机器人的位置坐标和机器人
    的辅助定位位置坐标之间的平均值,将该平均值确定为机器人的实际位置坐标。

    本发明实施例提供的室内机器人定位方法,不仅能够定位出机器人在室内的位
    置,而且定位的比较准确。

    实施例2

    本发明实施例提供了一种室内机器人定位装置,如图2所示,该装置包括第一确定
    ???10、第二确定???20、获取???30、匹配???40及第三确定???50;

    上述第一确定???10,用于根据机器人接收的无线局域网的信号强度指示值确
    定机器人与无线局域网基站之间的距离;

    上述第二确定???20,用于根据上述距离和无线局域网基站的位置坐标,确定机
    器人的位置坐标;

    上述获取???30,用于获取机器人所在区域不同参考位置接收的无线局域网的
    信号强度指示值的分布图;

    上述匹配???40,用于计算机器人接收的无线局域网的信号强度指示值与上述
    分布图上不同参考位置的匹配概率,根据匹配概率确定机器人的辅助定位位置坐标;

    上述第三确定???50,用于根据机器人的位置坐标和机器人的辅助定位位置坐
    标确定机器人的实际位置坐标。

    其中,上述匹配???40根据匹配概率确定机器人的辅助定位位置坐标,是通过比
    较单元和第一确定单元实现的,具体包括:

    上述选取单元,用于确定每个参考位置对应的匹配概率与1的差值,选取该差值的
    绝对值最小的匹配概率;上述第一确定单元,用于将上述差值的绝对值最小匹配概率对应
    的参考位置的位置坐标确定为机器人的辅助定位位置坐标。

    本发明实施例提供的室内机器人定位装置,不仅能够定位出机器人在室内的位
    置,而且定位比较准确。

    本发明实施例所提供的室内机器人定位装置可以为设备上的特定硬件或者安装
    于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置,其实现原理及产生的技术效果和
    前述方法实施例相同,为简要描述,装置实施例部分未提及之处,可参考前述方法实施例中
    相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,前述描述的系
    统、装置和单元的具体工作过程,均可以参考上述方法实施例中的对应过程,在此不再赘
    述。

    在本发明所提供的实施例中,应该理解到,所揭露装置和方法,可以通过其它的方
    式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻
    辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可
    以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间
    的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连
    接,可以是电性,机械或其它的形式。

    所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显
    示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个
    网络单元上??梢愿菔导实男枰≡衿渲械牟糠只蛘呷康ピ词迪直臼凳├桨傅哪?br />的。

    另外,在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可
    以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

    所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以
    存储在一个计算机可读取存储介质中?;谡庋睦斫?,本发明的技术方案本质上或者说
    对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计
    算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个
    人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
    而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存
    储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

    应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一
    个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释,此外,术语“第
    一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

    最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明
    的技术方案,而非对其限制,本发明的?;し段Р⒉痪窒抻诖?,尽管参照前述实施例对本发
    明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员
    在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻
    易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使
    相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的?;?br />范围之内。因此,本发明的?;し段вσ运鋈ɡ蟮谋;し段?。

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    本文标题:一种室内机器人定位方法及装置.pdf
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