[發明專利]基于二維碼的室內移動機器人定位系統和方法

有效

• 申請號: 201210186563.5
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102735235A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 劉征
• 申請（專利權）人: 無錫普智聯科高新技術有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種基于二維碼的室內移動機器人定位系統，其特征在于：包括安裝在移動機器人上的二維碼定位控制器、二維碼采集裝置和分布于室內環境中的二維碼標簽，該二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，微處理器通過通信接口與二維碼采集裝置相連接，用于控制二維碼采集裝置進行二維碼圖像采集、接收二維碼圖像采集裝置采集的二維碼圖像并實現精確定位功能。

2.根據權利要求1所述的基于二維碼的室內移動機器人定位系統，其特征在于：所述的二維碼為矩陣形。

3.根據權利要求1所述的基于二維碼的室內移動機器人定位系統，其特征在于：所述的通信接口為網絡接口、USB接口或者1394接口，所述的二維碼圖像采集裝置為具有網絡接口、USB接口或者1394接口的攝像頭。

4.根據權利要求1或2或3所述的基于二維碼的室內移動機器人定位系統，其特征在于：所述的微處理器還設有兩個編碼器接口并連接兩自由度測速裝置，該測速裝置包括測速裝置支架、第一軸承、第二軸承、轉軸、轉軸編碼器、連桿、隨動輪、隨動輪支架、隨動輪轉軸和隨動輪編碼器，第一軸承安裝在測速裝置支架的中部，第一軸承與轉軸嚙合在一起，轉軸的一端通過第一軸承、轉軸聯軸器與轉軸編碼器相連接，轉軸的另一端與第二軸承嚙合在一起；在轉軸上徑向安裝一連桿軸，該連桿軸的外端與連桿的一端鉸裝在一起，在連桿與轉軸之間設有一個彈簧使連桿沿連桿軸轉動，該連桿的另一端安裝在隨動輪轉軸的兩端，該隨動輪安裝在隨動輪轉軸上，該隨動輪轉軸一側通過隨動輪聯軸器與隨動輪編碼器相連接，該隨動輪編碼器安裝隨動輪支架上，該隨動輪支架與連桿的下端固裝在一起。

5.根據權利要求4所述的基于二維碼的室內移動機器人定位系統，其特征在于：所述的測速裝置支架由第一橫架、第二橫架和縱架連接構成，第一橫架安裝在縱架一側的中部并與第一軸承固裝，第二橫架安裝在縱架的一側的底部。

6.一種如權利要求1至5任一項所述定位系統的定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、二維碼定位控制器對攝像頭進行標定獲得旋轉矩陣R值，并建立空間某一點在圖像坐標系和小車坐標系的轉換關系：

P_小車(x,y)=R×P_圖像(u,v)

上式中，P_小車(x,y)、P_圖像(u,v)分別為某一點小車坐標系和圖像坐標系中的坐標；

步驟2、二維碼定位控制器向二維碼圖像采集裝置發出二維碼圖像采集命令，二維碼圖像采集裝置通過照相方式采集室內二維碼標簽的二維碼圖像，并發送給二維碼定位控制器；

步驟3、獲取二維碼在圖像坐標系中四個頂點坐標并將其轉換為小車坐標系坐標：

P_二維碼(x1,y1)=R×P_二維碼(u1,v1)

P_二維碼(x2,y2)=R×P_二維碼(u2,v2)

P_二維碼(x3,y3)=R×P_二維碼(u3,v3)

P_二維碼(x4,y4)=R×P_二維碼(u4,v4)

上式中，P_二維碼(x1,y1)、P_二維碼(x2,y2)、P_二維碼(x3,y3)、P_二維碼(x4,y4)為二維碼在小車坐標系中的四個頂點坐標，P_二維碼(u1,v1)、P_二維碼(u2,v2)、P_二維碼(u3,v3)、P_二維碼(u4,v4)為二維碼在圖像坐標系統中的四個頂點坐標；

步驟4、計算得到二維碼中心點在小車坐標系中的坐標（X_二維碼,Y_二維碼）：

X_二維碼=（Point1.x+Point2.x+Point3.x+Point4.x）/4;

Y_二維碼=（Point1.y+Point2.y+Point3.y+Point4.y）/4;

步驟5、計算得到整張圖像中心點在圖像坐標系中的坐標P_圖像中心(u,v)，該坐標為像素中心點直接用整張圖像的長、寬尺寸再各減半得到：

步驟6、根據下式將整張圖像的中心點坐標轉換為小車坐標系坐標：P_圖像中心

（x,y）=R×P_圖像中心(u,v)

步驟7、計算得到小車X方向、Y方向偏差值；

小車在X方向的偏差Delta_X＝X_二維碼-X_圖像；

小車在X方向的偏差Delta_y＝Y_二維碼-y_圖像；

步驟8、根據下式計算小車當前的位姿變化；

Theta=atan2(Point2.x+Point3.x-Point1.x-Point4.x,Point2.y+Point3.y-Point1.y-Point4.y)

步驟9、將小車和二維碼之間的位置偏差附加到二維碼的絕對坐標上即可獲得當前小車在室內的實際地理位置。

7.根據權利要求6所述的基于二維碼的室內移動機器人定位方法，其特征在于：所述步驟2二維碼定位控制器是根據兩自由度測速裝置的測量速度決定何時向二維碼圖像采集裝置發出二維碼圖像采集命令。