[發明專利]基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統及方法

有效

• 申請號: 201210472984.4
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102944236A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 劉征;景國輝;金緯
• 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

技術領域

本發明屬于移動機器人小車定位領域，尤其是一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統及方法。

背景技術

目前，移動機器人小車定位方法普遍采用二維碼視覺定位方法?，F有的移動機器人小車定位方法通常安裝一個二維碼讀碼器實現的，其具體方法是：在移動機器人小車的中心位置安裝一個二維碼讀碼器，同時在室內地面按照一定間隔敷設一定數量的二維碼，機器人小車上的二維碼讀碼器每經過一個二維碼，就對該二維碼進行拍攝，然后以位于小車中心點的二維碼的一組對邊和沿著小車前進方向的直線所構成的夾角以及夾角的兩條線之間的線性距離作為小車角度偏離的判別標準。上述定位方法存在的問題是：當移動機器人小車比較長時，小車偏離夾角在車體尾部兩邊之間的線性距離往往幾倍大于車體中心點附近的線性距離，一旦中心點偏角有略微的誤差，就會造成車體尾部的大幅度誤差，這就要求車體中心點的偏角必須十分精確，也就對手工操作和設備精度提出了很高的要求：其一，手工敷設二維碼，其二維碼的姿態必須完全正確，其四條邊和車體十字中心線必須互為垂直，稍微有一點傾斜就會出現中心點的偏角；其二，要求讀碼設備精度非常高，讀出的二維碼四個頂點的數據不能有任何誤差，否則，也會因計算錯誤而形成中心點的偏角。以上要求對于實際工作很難做到：首先，人工操作難以保證沒有誤差，其次，即使是精度非常高的二維碼讀碼器在車體動態運行時，也往往會產生略微的誤差。

綜上所述，采用一個二維碼讀碼器進行視覺定位存在兩個問題：1、施工難度大，對人工和環境設備要求非常苛刻，形成人工成本和設備成本的高投入；2、容錯性差，移動機器人運行非常不穩定：由于采用一個二維碼讀碼器定位的方法不能容錯人工和設備的誤差而常常造成誤判斷，致使移動機器人不得不長期處于大幅度位姿調整的狀態，移動機器人運行時機體晃動、搖擺不定，嚴重影響了穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種定位準確、穩定性強且便于實施的基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統及方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，包括安裝在移動機器人小車上的二維碼定位控制器、至少兩個二維碼讀碼器和分布于地面上的二維碼標簽，所述的二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，所述的通信接口與至少兩個二維碼讀碼器相連接，微處理器通過通信接口控制二維碼讀碼器進行二維碼圖像采集、接收二維碼圖像并實現移動機器人的精確定位功能。

而且，所述的通信接口為網絡接口、USB接口或者1394接口，所述的二維碼讀碼器為具有網絡接口、USB接口或者1394接口的攝像頭。

而且，所述二維碼讀碼器為兩個的時候，其安裝在移動機器人小車上的位置為：兩個二維碼讀碼器安裝在移動機器人小車長度方向的中心線上，一個位于移動機器人小車的中心點，另外一個位于移動機器人小車的尾部，兩個二維碼讀碼器之間的距離近似于移動機器人車體長度的二分之一。

一種基于多個二維碼讀碼器的定位方法，包括以下步驟：

⑴建立如下三個坐標系：圖像坐標系（u、v）、小車坐標系（x小車、y小車）、世界坐標系（x世界、y世界）；

⑵計算在小車坐標系下移動機器人小車相對于兩個二維碼中心點連線的偏離角度；

⑶計算兩個二維碼中心點連線相對于世界坐標系的偏離角度；

⑷計算移動機器人小車相對于世界坐標系的偏離角度，從而獲得移動機器人的精確位置。

而且，所述步驟⑵包括以下處理過程：

①標定圖像坐標系和小車坐標系的關系：

P1小車(x,y)=R×P1圖像(u1,v1)；

P1小車(x,y)=R×P2圖像(u2,v2)；

上式中：

P1圖像(u1,v1)為空間某一點P1在圖像坐標系中的坐標；

P2圖像(u2,v2)為空間某一點P2在圖像坐標系中的坐標；

P1小車(x,y)為空間某一點P1在小車坐標系下的坐標；

P2小車(x,y)為空間某一點P2在小車坐標系下的坐標；

R為旋轉矩陣值；

②將圖像坐標系下的四個頂點轉換為小車坐標系；

第一個二維碼在圖像坐標系下四個頂點坐標轉換為小車坐標系下的坐標為：

P1二維碼(x1,y1)=R×P1二維碼(u1,v1)

P1二維碼(x2,y2)=R×P1二維碼(u2,v2)

P1二維碼(x3,y3)=R×P1二維碼(u3,v3)