[發明專利]基于混合導航帶的移動機器人定位系統及其方法

有效

• 申請號: 201310191529.1
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN103294059A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 景國輝
• 申請（專利權）人: 無錫普智聯科高新技術有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 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導航技術領域，尤其是一種基于混合導航帶的移動機器人定位系統及其方法。

背景技術

基于視覺的移動機器人自主導航是指移動機器人平臺的圖像采集系統獲取機器人當前狀態下的環境信息,通過對環境圖像分析確定環境對象和機器人在環境中的位置。由于圖像有較高分辨率、環境信息完整、符合人類的認知習慣等特點，因此，近些年來，基于視覺的移動機器人自主導航被得到廣泛關注和認可，并且在理論和實踐方面已取得相當多的成果。但是，由于移動機器人活動場景的復雜性和移動機器人的動態特性，如機器人的機械結構、行走過程中的累計誤差、相機的光度、照度、拍攝速度、圖像的清晰度等原因，因此，造成機器人視覺系統的實時性還不夠，例如，基于二維碼的室內移動機器人定位系統和方法，由于在地面敷設二維碼時并不是連續敷設而是離散式的敷設，在兩個離散的二維碼之間，沒有別的信息反饋，或者只能有類似于陀螺儀的角速度反饋，該反饋信息不夠，導致AGV在兩個二維碼之間運行誤差比較大，甚至到下個二維碼時，讀碼器的視野已經偏離了二維碼，導致無法讀取。從現場實際情況來看，小車左右位置發生的偏差大是影響圖像拍攝的主要原因，當橫向偏離位置和偏離角度超出了相機拍攝范圍時，就會出現持續拍攝不到圖片的情況，曾經有人提出：通過RFID在色帶上進行定位，但這只適用于精度比較低的應用場合。對于精度高的定位場合，RFID將不能滿足?？磥恚鉀Q問題的方法還是根據二維碼的特性找出一種能夠揚長避短的方法。二維碼用于移動機器人自主導航有兩個功能，其一，利用二維碼三個頂角位置探測圖形計算出每個二維碼中心點坐標，通過中心點坐標可以計算二維碼和小車的橫向和前后方向的位置偏差以及角度偏差；其二，二維碼存儲了其絕對值坐標信息，通過讀取二維碼在室內的絕對值數據即可進一步計算出移動機器人的絕對值坐標，從而實現對移動機器人的位姿控制。從以上分析可以看出，二維碼中心點坐標是用于控制移動機器人橫向位置偏差的唯一因素，因此，如何能夠實時獲取圖片并通過對圖片的分析實時計算出中心點，以代替二維碼進行橫向糾偏，同時又保留二維碼縱向糾偏和存儲絕對值坐標的功能是目前迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理、實時性強且能顯著提高移動機器人行走速度的基于混合導航帶的移動機器人定位系統。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于混合導航帶的移動機器人定位系統，包括安裝在移動機器人小車上的混合導航定位控制器、安裝在移動機器人小車的底部的混合導航圖像采集器和分布于地面上的混合導航帶，所述的混合導航帶由色帶及設置在色帶上的二維碼標簽構成，所述的混合導航圖像采集器包括二維碼讀碼器和攝像頭，該混合導航定位控制器與混合導航圖像采集器相連接用于采集混合導航帶信息并實現移動機器人的精確定位功能。

而且，所述的混合導航帶為直線或為弧線。

而且，所述的二維碼讀碼器至少為一個，所述的攝像頭至少為一個。

而且，所述的混合導航定位控制器由微處理器、編碼器和通信接口連接構成，該微處理器與編碼器相連接用于檢測移動機器人的運行速度，該微處理器通過通信接口與混合導航圖像采集器相連接進行混合導航帶圖像的采集、接收混合導航帶上的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接口的二維碼讀碼器，所述的攝像頭為具有網絡接口、USB接口或者1394接口的攝像頭。

一種基于混合導航帶的移動機器人定位方法，包括以下步驟：

步驟1：利用混合導航圖像采集器采集的色帶圖像進行移動機器人小車的橫向糾偏和角度糾偏；

步驟2：利用混合導航圖像采集器采集的二維碼圖像進行移動機器人小車的縱向糾偏并計算定位移動機器人小車在世界坐標系下的坐標位置。

而且，所述步驟1的處理方法為：

⑴建立如下兩個坐標系：圖像坐標系（u、v）、小車坐標系（x小車、y小車）；

⑵計算在小車坐標系下色帶相對于移動機器人小車的偏離角度和橫向的偏離位置。

而且，所述過程⑵的計算方法為：

⑴計算色帶相對于移動機器人的偏離角度

①標定圖像坐標系和小車坐標系的關系：

P小車(x,y)=R×P圖像(u1,v1)；

上式中：

P圖像(u1,v1)為空間某一點P1在圖像坐標系中的坐標；

P小車(x,y)為空間某一點P1在小車坐標系下的坐標；