定的標(biāo)定板下方，因而，可以由人工設(shè)定該指定標(biāo)定板的標(biāo)號，即使存在尺寸相同的標(biāo)定板，也是能夠區(qū)分的。
[0024]運(yùn)動過程中的拍攝是指:在機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的過程中，采用慣性導(dǎo)航方式估算出機(jī)器人運(yùn)動到標(biāo)定板拍攝區(qū)域時，利用相機(jī)拍攝包含有位于機(jī)器人上方的標(biāo)定板的圖像。其中，標(biāo)定板拍攝區(qū)域?yàn)橐阎?、利用相機(jī)拍攝的圖像中包含有標(biāo)定板的區(qū)域。也即，在估計(jì)機(jī)器人運(yùn)動到標(biāo)定板附近時，再啟動相機(jī)進(jìn)行拍攝。而且，由于拍攝區(qū)域時采用慣性導(dǎo)航估算的，大概的區(qū)域范圍及該范圍內(nèi)標(biāo)定板的標(biāo)號范圍是已知的，因而，即使存在尺寸相同的標(biāo)定板，由于在一次拍攝的圖像中不會同時出現(xiàn)同尺寸的標(biāo)定板，因而標(biāo)定板也是能夠區(qū)分的。
[0025]步驟12:識別出步驟11所拍攝的圖像中的標(biāo)定板，根據(jù)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。
[0026]如前所述，若標(biāo)定板為棋盤格標(biāo)定板，首先，采用圖像處理技術(shù)，識別出圖像中的標(biāo)定板所包含的棋盤格的尺寸。該識別過程采用現(xiàn)有圖像識別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，該實(shí)施例對具體識別過程不作具體限定和闡述。
[0027]然后，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)系確定出圖像中的標(biāo)定板的坐標(biāo)，具體來說是指標(biāo)定板中心點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0028]再然后，采用圖像標(biāo)定技術(shù)計(jì)算出機(jī)器人相對于圖像中的標(biāo)定板在X方向和y方向的水平偏移，以及機(jī)器人相對于圖像中的標(biāo)定板的偏移角度;然后，根據(jù)水平偏移及圖像中的標(biāo)定板的坐標(biāo)確定出機(jī)器人的當(dāng)前位置，而根據(jù)機(jī)器人相對于圖像中的標(biāo)定板的偏移角度及已知的、圖像中的標(biāo)定板與任務(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。
[0029]在相機(jī)確定、相機(jī)在機(jī)器人上的位置確定且標(biāo)定板距離地面的高度確定之后，采用圖像標(biāo)定技術(shù)即可計(jì)算出機(jī)器人相對于相機(jī)所拍攝的圖像中的標(biāo)定板在X方向和y方向這二維方向上的水平偏移以及機(jī)器人相對于標(biāo)定板的偏移角度。計(jì)算方法可采用現(xiàn)有圖像標(biāo)定技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在此不作限定和具體闡述。然后，根據(jù)水平偏移及確定的標(biāo)定板的坐標(biāo)，即可逆推出機(jī)器人的當(dāng)前坐標(biāo)位置，且該當(dāng)前坐標(biāo)位置是絕對位置。當(dāng)標(biāo)定板位置確定、機(jī)器人任務(wù)路徑確定之后，每個標(biāo)定板與路徑方向的角度關(guān)系是確定的，且該關(guān)系預(yù)先存儲，可以直接調(diào)用。那么，根據(jù)機(jī)器人相對于圖像中的標(biāo)定板的偏移角度及已知的、圖像中的標(biāo)定板與任務(wù)對應(yīng)的路徑方向的角度關(guān)系即可確定出機(jī)器人的當(dāng)前偏移角度。在確定出機(jī)器人的當(dāng)前坐標(biāo)位置和當(dāng)前偏移角度之后，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器人絕對位置的定位及絕對角度方向的定位。
[0030]步驟13:以步驟12確定的當(dāng)前位置及當(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。
[0031]也即，以步驟12確定的當(dāng)前位置和當(dāng)前偏移角度作為慣性導(dǎo)航運(yùn)動控制中下一個位置的預(yù)測基準(zhǔn)，執(zhí)行慣性導(dǎo)航運(yùn)動控制。慣性導(dǎo)航運(yùn)動控制的方法可采用現(xiàn)有技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在次也不作具體限定和闡述。
[0032]由于相機(jī)可以隨時對標(biāo)定板進(jìn)行拍攝，拍攝一副圖像并處理的周期短，因而，能夠?qū)C(jī)器人的位置快速、精確地進(jìn)行定位，基于該定位執(zhí)行慣性導(dǎo)航控制，既解決了傳統(tǒng)慣性導(dǎo)航存在的誤差大、精度低的問題，也克服了傳統(tǒng)激光導(dǎo)航運(yùn)動速度慢的缺點(diǎn)。而且，由于基于標(biāo)定板的視覺定位與慣性導(dǎo)航相結(jié)合提高了導(dǎo)航精度，因而，對機(jī)器人慣性導(dǎo)航中的陀螺儀、編碼器等的精度要求可降低，從而能降低整個機(jī)器人的成本。并且，由于標(biāo)定板懸掛于機(jī)器人上方，不受地面空間限制，無需事先知曉機(jī)器人運(yùn)動路徑，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。
[0033]請參見圖3，該圖所示為本發(fā)明室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航裝置一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0034]如圖3所示，該實(shí)施例的室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航裝置包括如下結(jié)構(gòu)單元:
標(biāo)定板1，位于機(jī)器人活動區(qū)域上方；
相機(jī)2，設(shè)置在機(jī)器人上，用于向上拍攝圖像；
定位單元3，用于獲取相機(jī)2拍攝的包含有標(biāo)定板的圖像，采用圖像處理技術(shù)，識別出圖像中的標(biāo)定板，根據(jù)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4，用于以定位單元3確定的當(dāng)前位置及當(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)動控制單元5，與所述慣性導(dǎo)航單元連接，用于調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動姿態(tài)及控制機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)；以及
人機(jī)交互管理單元7，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。
[0035]此外，定位導(dǎo)航裝置還可以包括:
安全單元6，與人機(jī)交互管理單元7連接，用于定時檢測機(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)動過程中動態(tài)監(jiān)測是否存在障礙物，并在存在障礙物時進(jìn)行避讓處理。
[0036]上述結(jié)構(gòu)的定位裝置，通過運(yùn)行相關(guān)軟件程序，能夠按照圖1實(shí)施例的定位導(dǎo)航方法實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)機(jī)器人的定位導(dǎo)航。利用該裝置進(jìn)行定位導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)，可以參考圖1方法實(shí)施例的描述。
[0037]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法，其特征在于，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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，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)動到標(biāo)定板拍攝區(qū)域時，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。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，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)系查找與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。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述棋盤格標(biāo)定板為多個，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)器人活動區(qū)域的上方，且遵循下述布設(shè)準(zhǔn)則: 多個所述棋盤格標(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。5.—種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述裝置包括: 標(biāo)定板，位于機(jī)器人活動區(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)動姿態(tài)及控制機(jī)器人的運(yùn)動狀態(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。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 安全單元，用于定時檢測機(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)動過程中動態(tài)監(jiān)測是否存在障礙物，并在存在障礙物時進(jìn)行避讓處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種室內(nèi)機(jī)器人定位導(dǎo)航方法及裝置。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。應(yīng)用本發(fā)明，可以解決現(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。
【IPC分類】G01C21/20, G01C21/16
【公開號】CN105486311
【申請?zhí)枴緾N201510981930
【發(fā)明人】孫魯兵, 孫福齋, 申作軍, 陳立鋼, 位世波, 于明伯, 胡滿
【申請人】青島海通機(jī)器人系統(tǒng)有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月24日