[發明專利]一種基于視覺的機器人導航過門方法

有效

• 申請號: 201610266610.5
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105717928B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 王曉剛;王玉亮;喬濤;薛林;王巍
• 申請（專利權）人: 北京進化者機器人科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/20
• 代理公司: 北京正鼎專利代理事務所(普通合伙)11495
• 代理人: 岳亞

技術領域

本發明涉及自動化技術領域，特別涉及一種基于視覺的機器人導航過門方法。

背景技術

隨著機器人技術的發展，室內自主機器人將會被廣泛用于生活中的各個領域，如辦公室，醫院和工廠等。要實現機器人在這些領域的自主導航，一個重要的問題便是使機器人穿過門，因此，需要機器人能夠獲取環境信息，識別環境中的門，從而通過路徑規劃和導航使機器人自主穿梭于各個房間之間。

對于機器人過門的相關于研究已有人們提出多種方法，但是每種方法都有其局限性和缺點。例如傳統的方法是運用超聲波或紅外傳感器在門附近檢測機器人車體與門兩邊框的距離，從而能夠使機器人在過門的過程中較好的避開門兩邊框，順利通過門。但是此種方法需要知道比較精確的環境地圖和機器人的初始位置，否則由于超聲波和紅外的檢測性能極有可能引導機器人過門失敗。此外，利用超聲波或紅外識別門需要利用較多的先驗知識，這勢必要求機器人在門附近獲取盡可能多的信息，從而通過融合算法較準確地確定門兩邊相對門的位置。

近年來，隨著視覺傳感器的普及相關技術的提升，使用視覺傳感器識別環境中的物體成為可能并具有成本低，運算速率較快等優勢。針對視覺傳感器識別門或者環境中其他物體，有人提出了增強學習的方法來獲得門和機器人的相對位姿從而對機器人進行導航，完成機器人的過門任務。但是這種方法是基于學習的算法，需要大量樣本并訓練較長時間，而且識別率很大程度上取決于所訓練樣本的豐富性，如果樣本選擇不夠豐富將不能適應各種各樣的門識別。有人使用霍夫變換對圖像進行提取直線處理，從而使用基于模型的方法估算門和機器人的相對位姿，這種算法雖然不依賴于樣本，但是誤差較大，算法較復雜。還有一些算法使用圖像處理相關方面的算法，效率較低，成功率有限。本專利提出了一種基于雙目的門識別方法，巧妙的運用了兩個攝像頭的安裝高度相同這一特性，從而有利于雙目左右兩幅圖像水平中軸線的上的特征點匹配，達到更好的確定門在機器人坐標系下的位姿的目的。

發明內容

本發明提出一種新型室內移動機器人基于視覺的導航過門方法，該方法所使用的傳感器有里程計、視覺傳感器，根據視覺返回的信息計算門和機器人的相對位置關系，根據里程計返回的信息計算機器人的全局位置信息，從而控制機器人精確的實現過門的運動。

本發明的技術方案提供了一種基于視覺的機器人導航過門方法，包括以下步驟：

S101、根據里程計或全局定位傳感器得到機器人當前時刻在全局坐標系中的位置和姿態參數(x,y,θ)，x為機器人相對于原點的橫坐標，y為機器人相對于原點的縱坐標，θ為機器人朝向相對于x軸的夾角，逆時針旋轉為正值角度夾角，順時針旋轉為負值角度夾角；

S102、根據用戶指令確定機器人所要通過的門；

S103、確定機器人過門之前開啟攝像頭的區域，每個開啟攝像頭區域為：Area_i＝(x_j,y_k)(1≤j≤N,1≤k≤M)，其中i代表門的編號，N和M表示某個門前區域的范圍；

S104、計算此次導航終點；

S105、起點和終點確定后，由A*算法計算機器人行走路徑，控制機器人運動到導航終點；

S106、根據里程計返回的航位推測信息(x_r,y_r,θ_r)，計算機器人相對門的位置和姿態，求出機器人朝向和機器人與門中點連線的夾角Δθ，控制機器人轉動Δθ使機器人朝向門；

S107、機器人靜止，同時下位機向上位機發送請求開啟攝像頭命令，上位機打開位于機器人胸前的雙目攝像頭，并開始采集圖像，進行門識別；

S108、根據圖像處理返回的門左右兩邊框的坐標x_l,y_l,x_r,y_r x_l,y_l,x_r,y_r(x_l＜x_r,y_l＜y_r)計算門中心坐標(x₀,y₀)，其中

S109、以xo,yo為原點，機器人當前朝向為基準，以從門左邊框指向右邊框為x軸正向建立笛卡爾坐標系XOY；