室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在室內(nèi)機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研究中，導(dǎo)航技術(shù)屬于其核心技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能化和自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，針對室內(nèi)執(zhí)行物流搬運(yùn)的室內(nèi)機(jī)器人，主要采用激光導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航的方式。
[0003]激光導(dǎo)航是在機(jī)器人上設(shè)置激光傳感器，在機(jī)器人運(yùn)行路線周圍布設(shè)激光反射板，機(jī)器人通過激光傳感器實(shí)時(shí)掃描反射板的方式來實(shí)現(xiàn)自身定位，根據(jù)定位進(jìn)行導(dǎo)航。這種導(dǎo)航方式存在如下缺點(diǎn):由于激光傳感器價(jià)格昂貴，激光反射板的布設(shè)要求也比較嚴(yán)格，需要在地面上規(guī)劃出特定位置用于布設(shè)激光反射板，對一些密集型的工廠造成了一些不便。此外，由于激光傳感器掃描一周獲取到定位信息的周期比較長，機(jī)器人本身具備一定的運(yùn)動(dòng)速度，造成了多個(gè)反射板的定位誤差，這就限制了機(jī)器人的運(yùn)行速度不能太快，不適用于長距離運(yùn)輸?shù)那闆r。
[0004]慣性導(dǎo)航屬于一種推算導(dǎo)航方式，即從一已知點(diǎn)的位置根據(jù)連續(xù)測得的運(yùn)載體航向角和速度推算出，下一點(diǎn)的位置，因而可連續(xù)測出運(yùn)動(dòng)體的當(dāng)前位置。在這種慣性導(dǎo)航方式中，位置信息是經(jīng)過積分運(yùn)算而推算出來的，并非是絕對的位置，定位誤差會隨時(shí)間增大，定位和導(dǎo)航精度差。為解決慣性導(dǎo)航精度差的問題，現(xiàn)有技術(shù)采用了下述定位措施:在機(jī)器人上設(shè)置磁性傳感器，在機(jī)器人運(yùn)行路徑的地面上打入磁釘，根據(jù)磁釘位置對機(jī)器人的當(dāng)前位置進(jìn)行校準(zhǔn)定位，然后，基于該定位位置進(jìn)行慣性導(dǎo)航。但是，在路徑上打入磁釘，不僅需要破壞地面，且對磁釘位置要求較高，布設(shè)麻煩。而且，一旦路徑發(fā)生變化，不僅需要重新布設(shè)磁釘，且原來布設(shè)的磁釘必須拔出，否則會造成干擾，因而造成該方式使用極其不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法及裝置，解決現(xiàn)有定位導(dǎo)航方法存在的定位精度低、成本高、使用不便、適用范圍窄等問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的定位導(dǎo)航方法采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn): 一種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法，所述方法包括:
利用機(jī)器人上設(shè)置的相機(jī)拍攝包含有位于機(jī)器人上方的標(biāo)定板的圖像；
采用圖像處理技術(shù)，識別出所述圖像中的標(biāo)定板，根據(jù)所述圖像中的標(biāo)定板及已知的該標(biāo)定板的坐標(biāo)確定機(jī)器人的當(dāng)前位置及當(dāng)前偏移角度，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人絕對位置的定位；
以所述當(dāng)前位置及所述當(dāng)前偏移角度為基準(zhǔn)，采用慣性導(dǎo)航方式對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航。
[0007]如上所述的方法，所述利用機(jī)器人上設(shè)置的相機(jī)拍攝包含有位于機(jī)器人上方的標(biāo)定板的圖像，具體包括: 在機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)之前，將機(jī)器人移動(dòng)到指定的標(biāo)定板下方，利用所述相機(jī)拍攝所述指定的標(biāo)定板的圖像;以及
在機(jī)器人執(zhí)行所述任務(wù)的過程中，采用慣性導(dǎo)航方式估算出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到標(biāo)定板拍攝區(qū)域時(shí)，利用所述相機(jī)拍攝包含有位于機(jī)器人上方的標(biāo)定板的圖像；
所述標(biāo)定板拍攝區(qū)域?yàn)橐阎?、利用所述相機(jī)拍攝的圖像中包含有標(biāo)定板的區(qū)域。
[0008]如上所述的方法，所述標(biāo)定板為棋盤格標(biāo)定板，所述采用圖像處理技術(shù)，識別出所述圖像中的標(biāo)定板，根據(jù)所述圖像中的標(biāo)定板及已知的該標(biāo)定板的坐標(biāo)確定機(jī)器人的當(dāng)前位置及當(dāng)前偏移角度，具體包括:
采用圖像處理技術(shù)，識別出所述圖像中的標(biāo)定板所包含的棋盤格的尺寸；
根據(jù)已知的、棋盤格的尺寸與標(biāo)定板標(biāo)號的對應(yīng)關(guān)系查找識別出的所述圖像中的標(biāo)定板的標(biāo)定板標(biāo)號，再根據(jù)已知的、標(biāo)定板標(biāo)號與標(biāo)定板坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系確定所述圖像中的標(biāo)定板的坐標(biāo)；
采用圖像標(biāo)定技術(shù)計(jì)算機(jī)器人相對于所述圖像中的標(biāo)定板在X方向和y方向的水平偏移及機(jī)器人相對于所述圖像中的標(biāo)定板的偏移角度，根據(jù)所述水平偏移及所述圖像中的標(biāo)定板的坐標(biāo)確定機(jī)器人的當(dāng)前位置，根據(jù)所述機(jī)器人相對于所述圖像中的標(biāo)定板的偏移角度及已知的、所述圖像中的標(biāo)定板與所述任務(wù)對應(yīng)的路徑方向的角度關(guān)系確定機(jī)器人的當(dāng)前偏移角度。
[0009]如上所述的方法，所述棋盤格標(biāo)定板為多個(gè)，所有所述棋盤格標(biāo)定板具有不完全相同或完全不相同的尺寸，多個(gè)所述棋盤格標(biāo)定板以距離地面指定高度布設(shè)在機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域的上方，且遵循下述布設(shè)準(zhǔn)則:
多個(gè)所述棋盤格標(biāo)定板間隔布設(shè)，布設(shè)密度與棋盤格標(biāo)定板下方的機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域的大小成反比；以及
所述相機(jī)拍攝的一副圖像中所包含的棋盤格標(biāo)定板具有完全不相同的尺寸。
[0010]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的定位導(dǎo)航裝置采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
一種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航裝置，所述裝置包括:
標(biāo)定板，位于機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域上方；
相機(jī)，設(shè)置在機(jī)器人上，用于向上拍攝圖像；
定位單元，用于獲取所述相機(jī)拍攝的包含有所述標(biāo)定板的圖像，采用圖像處理技術(shù)，識別出所述圖像中的標(biāo)定板，根據(jù)所述圖像中的標(biāo)定板及已知的該標(biāo)定板的坐標(biāo)確定機(jī)器人的當(dāng)前位置及當(dāng)前偏移角度，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人絕對位置的定位；
慣性導(dǎo)航單元，用于以所述當(dāng)前位置及所述當(dāng)前偏移角度為基準(zhǔn)，采用慣性導(dǎo)航方式對機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航；
運(yùn)動(dòng)控制單元，與所述慣性導(dǎo)航單元連接，用于調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；以及
人機(jī)交互管理單元，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的通訊、顯示、配置及管理的人機(jī)交互。
[0011]如上所述的裝置，還包括:
安全單元，用于定時(shí)檢測機(jī)器人及裝置自身的安全狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警處理，以及在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)監(jiān)測是否存在障礙物，并在存在障礙物時(shí)進(jìn)行避讓處理。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是: 本發(fā)明利用相機(jī)拍攝具有標(biāo)定板的圖像、采用圖像處理技術(shù)對機(jī)器人實(shí)現(xiàn)絕對位置的定位，然后，基于該定位位置采用慣性導(dǎo)航方式進(jìn)行導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)了視覺定位與慣性導(dǎo)航相結(jié)合的定位導(dǎo)航，既改善了單純的慣性導(dǎo)航方式誤差大、在關(guān)鍵位置定位精度低的缺陷，又克服了傳統(tǒng)激光導(dǎo)航方式成本高、運(yùn)動(dòng)速度慢的缺點(diǎn)，具有成本低、導(dǎo)航精度高、運(yùn)動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)；而且，標(biāo)定板懸掛于機(jī)器人上方，不受地面空間限制，無需對地面進(jìn)行過多的改造，不會破壞地面，施工布設(shè)和使用均簡單、方便，適用范圍廣，尤其適用于復(fù)雜環(huán)境下的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航。
[0013]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清
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【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖；
圖2是圖1中一種棋盤格標(biāo)定板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]請參見圖1，該圖所示為本發(fā)明室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖，具體來說，是利用視覺定位與慣性導(dǎo)航相結(jié)合的一種定位導(dǎo)航方法。
[0017]如圖1所示，該實(shí)施例實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航的方法具體包括下述步驟:
步驟11:利用機(jī)器人上設(shè)置的相機(jī)拍攝包含有位于機(jī)器人上方的標(biāo)定板的圖像。
[0018]在該實(shí)施例中，根據(jù)機(jī)器人的活動(dòng)區(qū)域，在室內(nèi)預(yù)先設(shè)置有標(biāo)定板。具體來說，是在機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域的上方、以距離地面指定高度懸掛布設(shè)有多個(gè)標(biāo)定板。例如，在距離地面
2.5m處懸掛有多個(gè)標(biāo)定板。而且，標(biāo)定板優(yōu)選為棋盤格標(biāo)定板，而且，多個(gè)棋盤格標(biāo)定板具有棋盤格不完全相同或完全不相同的尺寸。例如，9*7，11*13，7*11，而圖2示出了7*11的一種棋盤格的結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，用棋盤格的尺寸表征該標(biāo)定板，因而，多個(gè)棋盤格標(biāo)定板遵循下述布設(shè)準(zhǔn)則進(jìn)行布設(shè):
其一，多個(gè)棋盤格標(biāo)定板間隔布設(shè)，布設(shè)密度與棋盤格標(biāo)定板下方的機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域的大小成反比。具體而言，在一定區(qū)域內(nèi)、按照一定間隔來布設(shè)棋盤格標(biāo)定板。在機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域較為寬闊的區(qū)域，布設(shè)密度小，也即以較大的間隔布設(shè)標(biāo)定板;在機(jī)器人活動(dòng)區(qū)域較為窄小的區(qū)域，布設(shè)密度大，也即以較小的間隔布設(shè)標(biāo)定板。如此布設(shè)，能夠在活動(dòng)區(qū)域窄小、定位精度要求高的位置實(shí)現(xiàn)較為精確的定位。
[0019]其二，相機(jī)拍攝的一副圖像中所包含的棋盤格標(biāo)定板具有完全不相同的尺寸。也就是說，要保證相機(jī)所拍攝的一副圖像中，包含在該圖像中的棋盤格標(biāo)定板若有多個(gè)，所有標(biāo)定板的棋盤格尺寸不能相同，以便能夠基于尺寸實(shí)現(xiàn)對標(biāo)定板的識別。如果布設(shè)的所有棋盤格標(biāo)定板具有完全不相同的尺寸，則該布設(shè)準(zhǔn)則必定是滿足的。若不是的所有棋盤格標(biāo)定板具有相同的尺寸，那么，由于圖像處理是根據(jù)棋盤格的尺寸來識別出標(biāo)定板及其坐標(biāo)，以便根據(jù)標(biāo)定板坐標(biāo)確定機(jī)器人的絕對位置，因而，在布設(shè)標(biāo)定板時(shí)，需要將相同尺寸的標(biāo)定板分散開來，保證相機(jī)一次拍攝的圖像中不能包含有同尺寸的標(biāo)定板。
[0020]而且，棋盤格的尺寸與標(biāo)定板標(biāo)號的對應(yīng)關(guān)系以及標(biāo)定板標(biāo)號與標(biāo)定板坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系均是已知的、并預(yù)先存儲在機(jī)器人控制系統(tǒng)中。如果識別出棋盤格的尺寸，則可以確定出標(biāo)定板標(biāo)號，進(jìn)而能夠確定出標(biāo)定板坐標(biāo)，具體來說是標(biāo)定板中心點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0021]為實(shí)現(xiàn)視覺定位，在機(jī)器人上預(yù)先設(shè)置有相機(jī)，且相機(jī)優(yōu)選為單目相機(jī)、固定在機(jī)器人的特定位置上、并垂直向上拍攝。
[0022]在該實(shí)施例中，利用機(jī)器人上設(shè)置的相機(jī)拍攝包含有位于機(jī)器人上方的標(biāo)定板的圖像，包括有初始狀態(tài)下的拍攝和運(yùn)動(dòng)過程中的拍攝。
[0023]具體來說，初始狀態(tài)下的拍攝是指:在機(jī)器人接收到任務(wù)、路徑并執(zhí)行任務(wù)之前，人工將機(jī)器人移動(dòng)到指定的標(biāo)定板下方，然后，啟動(dòng)相機(jī)，利用相機(jī)拍攝該指定的標(biāo)定板的圖像。由于人工將機(jī)器人移動(dòng)到指