[發明專利]基于顏色編碼標識的機器人導航方法及系統

有效

• 申請號: 201210289058.3
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102789234A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 王磊;鄭偉龍;張文山;姚以鵬;陳曦
• 申請（專利權）人: 廣東科學中心
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/26;G01C21/34
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙) 44295
• 代理人: 黃為

技術領域

本發明涉及機器人導航控制技術領域，特別是涉及一種基于顏色編碼標識的機器人導航方法及系統。

背景技術

現有的機器人導航控制，主要是利用電磁或超聲波傳感器進行導航，測量得到的數據較直接，對傳感器的數據處理能力要求不高，但非視覺傳感器會給探測環境帶來污染，如微波、超聲等，各個傳感器之間也會彼此干擾。利用陀螺儀、羅盤等傳感器進行慣性導航，通過計算累計的探測數據，得知機器人與初始位置的位移關系，該方法可以獲得相對位移信息，但是，其位置估計誤差存在累積，會隨機器人的不斷運動而增大。視覺導航具有探測范圍廣、獲得的信息豐富的優點，但是要區分環境中的目標與背景，從環境中找到特定物體卻是其難以克服的缺點。為了將目標從背景中分開，需要很大的圖像計算量，導致系統實時性降低，同時其效果與也存在問題，為避免這些問題需要采取各種圖像處理方法進行處理。

發明內容

基于此，針對上述問題，本發明提出一種基于顏色編碼標識的機器人導航方法及系統，可有效解決目前在機器人導航領域對復雜環境適應性比較薄弱以及導航中誤差累計、運算量大、傳感器相互干擾等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于顏色編碼標識的機器人導航方法，包括以下步驟：

根據采集到的圖像數據，提取導航標識線，確定路徑方向；

識別設于顏色編碼標識前方的斷點標志，為識別顏色編碼做好調節運動軌跡的準備；

識別設于拐彎處或其他位置的顏色編碼色塊，執行轉彎或其他命令。

機器人根據采集到的圖像數據，利用圖像預處理、圖像分割、數學形態學等圖像處理方法，提取導航標識線，確定路徑方向后，根據導航線方向驅動機器人電機模塊進行前行和轉向，使機器人沿著特定軌跡運動。在快運動到斷點標志的時候，機器人識別設于顏色編碼標識前方的斷點標志，為識別顏色編碼做好調節運動軌跡的準備，避免由于速度過快來不及進行解碼譯碼。然后機器人識別設于拐彎處或其他位置的顏色編碼色塊，機器人通過圖像進行譯碼識別，執行轉彎或其他命令。

在其中一個實施例中，在“識別設于顏色編碼標識前方的斷點標志，為識別顏色編碼做好調節運動軌跡的準備”之前，還包括以下步驟：調整機器人左輪與右輪分別的速度，控制機器人的運動方向與垂直方向的夾角不超過10度。目的是起到偏轉校正、自動導航的作用，在理想情況下，擬合出的導航線是垂直的，但是實際中，機器人的運動方向與理想情況下總有一個偏轉角，要保證機器人的運動方向與垂直方向的夾角在10度以內。在實際的控制當中，是按以下參數控制機器人運動的，當左偏角>10時，減小機器人右輪的速度，當右偏角>10時，減小左輪的速度，通過實時的調整機器人的左右輪子的速度，讓機器人的運動方向與垂直方向的夾角不超過10度，以實現自動導航。

在其中一個實施例中，在“識別設于拐彎處或其他位置的顏色編碼色塊，執行轉彎或其他命令”之后，還包括以下步驟：當機器人行駛于顏色編碼色塊處時，調用音頻模塊，完成服務解說。目的是實現語音播報的功能。

在其中一個實施例中，在“根據采集到的圖像數據，提取導航標識線，確定路徑方向”之前，還包括以下步驟：通過攝像頭獲取視頻信號，并采集圖像數據。目的是保證能夠準確提取到圖像信號。

在其中一個實施例中，在提取導航標識線時，包括圖像預處理的步驟，具體包括：

采用OTSU方法計算出一個最佳的全局閾值，將圖像二值化；

采用中值濾波方法以及數學形態學方法去除圖像中的噪聲；

用Sobel邊緣檢測算子進行邊緣分割，檢測出導航標識線的邊界；

分割完成后，采用中值濾波進行去噪處理。

在其中一個實施例中，在圖像預處理之后，還包括擬合導航線的步驟，具體包括：

逐行掃描圖像，分別統計上、下半幅圖像每行邊緣點的坐標；

如果某行的邊緣點的個數大于T個，舍去這一行不進行處理，其中T＞0；

對統計到的邊緣點求中點，記錄坐標；

用?A?和?B?表示圖像的上下兩部分區域，分別計算A區域和B區域的中點的中心，即A和B的重心；

根據計算出的重心，得出A與B兩重心之間的距離。

為解決上述技術問題，本發明還提供了一種基于顏色編碼標識的機器人導航系統，包括導航線識別提取模塊、斷點識別模塊和顏色編碼識別模塊。