[發明專利]基于可見光定位導航的室內機器人系統

在審

• 申請號: 201710035183.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106737687A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 方俊彬;奚桂鍇;蔣琳;陳哲
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

技術領域

本發明涉及機器人的研究領域，特別涉及一種基于可見光定位導航的室內機器人系統。

背景技術

近年來，全球工業機器人銷量大幅增加。同時，服務型機器人發展迅速，應用范圍日趨廣泛。國家工業和信息化部、發改委、財政部三部委在2016年3月21日聯合印發了《機器人產業發展規劃(2016－2020年)》，強調大力發展機器人產業。

面向室內應用的智能機器人是其中一個重要發展方向。但室內機器人目前面臨的最大問題是定位導航問題。假如用金字塔來表示機器人技術，那么定位導航作為最底層技術，正是構建整個機器人的核心關鍵。常見的定位導航方法中，電磁導航簡單且比較成熟，成本雖低，但鋪設麻煩；利用WiFi、藍牙、UWB等進行定位，其信號容易衰減，精度差；利用視覺進行導航，長距離高像素處理，速度會變慢，實時性不好。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種能夠實現基于可見光定位導航的室內機器人系統，能夠利用室內照明LED燈實現機器人室內定位以及導航行走。

為了到達上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明公開了一種基于可見光定位導航的室內機器人系統，包括用于發送定位信息的可見光定位發射單元、用于接收可見光信號進行定位和導航的可見光定位接收單元、驅動機器人運動的驅動單元、用于機器人運動的機械結構單元、用于監測外部環境的感知單元、用于獲取圖像信息的計算機視覺單元、機器人微型計算機單元、控制顯示面板單元以及電源；

所述的可見光定位發射單元與日常照明LED燈集成，安裝在室內天花板；所述的可見光定位接收單元與機器人微型計算機單元直接相連，放置于整套機器人系統的頂部，朝向正上方；所述的驅動單元與機器人微型計算機單元直接相連；所述的機械結構單元與驅動單元相連；所述的計算機視覺單元與機器人微型計算機單元直接相連，安裝于機器人系統正前方；所述的感知單元與機器人微型計算機單元直接相連，安裝在機器人周邊；所述的控制顯示面板單元與機器人微型計算機單元直接相連，安裝在機器人背部；所述的電源直接供應整套機器人系統的用電；

機器人微型計算機單元首先獲取感知單元所有傳感器的值，在控制顯示面板中實時顯示各項參數，控制機器人系統在行走運動時躲避障礙，同時獲取計算機視覺單元采集的圖像/視頻并進行分析處理，幫助機器人系統預測和規避行人，機器人在移動的過程中，通過提取帶編碼信息的可見光信號獲取可見光定位燈具的編號，進而得到當前的空間坐標信息實現室內定位與導航。

作為優選的技術方案，可見光定位接收單元的CMOS圖像傳感器在所設的曝光時間內對室內可見光定位發射光源進行逐行曝光成像后，通過圖像的二值化處理，應包含表示可見光信號光源編號信息的黑白條紋信息，利用圖像處理技術，定位出圖像的條紋位置后，機器人微型計算機單元通過行列的掃描，獲取圖像中條紋的亮暗以及寬度，可以得到一串0/1信號，從而解析出條紋所包含的光源身份識別信息，該信息應包含所成像的可見光信號光源的編號信息，根據所獲取的可見光信號光源的編號信息，機器人微型計算機單元訪問所存儲的關于可見光信號光源分布位置的數據庫獲取所對應的可見光信號光源的位置信息。

作為優選的技術方案，所述機器人微型計算機單元利用可見光定位接收單元所采集的圖像定位出條紋的位置后，得到兩個不同光源中心在圖像的坐標(X_1f,Y_1f)和(X_2f,Y_2f)，根據已知的可見光信號光源的布局位置，按照以下公式確定室內機器人當前位置(X,Y)：

其中，(X₁,Y₁)、(X₂,Y₂)為兩個可見光信號光源的室內實際位置坐標，(Xmid，Ymid)為圖像中心點坐標，(X_1f,Y_1f)、(X_2f,Y_2f)為可見光信號光源在所獲取的圖像上兩個不同位置的中心坐標，S₁為兩個可見光信號光源的水平距離，S₂為(X₁,Y₁)和(X₂,Y₂)兩點間的水平距離；

機器人微型計算機在獲取機器人當前所在的室內空間位置(X,Y)后，將當前位置信息進行更新存儲并實時導航。