[發(fā)明專利]視覺定位導(dǎo)航裝置及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710247355.4
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN107357286A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃繼銘;黃成
• 申請（專利權(quán)）人: 兩只螞蟻公司
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 北京萬慧達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11111
• 代理人: 黃玉東,李軼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于天花板特征點(diǎn)的視覺定位導(dǎo)航裝置及其方法。

背景技術(shù)

隨著智能家居的發(fā)展，掃地機(jī)器人受到越來越多家庭的喜愛。現(xiàn)有的掃地機(jī)器人可以利用紅外傳感和攝像頭進(jìn)行視覺定位和導(dǎo)航。SLAM技術(shù)是機(jī)器人領(lǐng)域比較經(jīng)典的問題，通常SLAM問題可以描述為：機(jī)器人在未知環(huán)境中從一個(gè)未知位置開始移動(dòng)，在移動(dòng)過程中根據(jù)位姿估計(jì)和地圖自身定位，同時(shí)在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航。VSLAM技術(shù)是指機(jī)器人利用視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主定位與地圖創(chuàng)建，是一種非傳統(tǒng)的導(dǎo)航技術(shù)，是基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的機(jī)器人定位方法，其信息量大、適應(yīng)范圍廣。機(jī)器人必須進(jìn)行實(shí)時(shí)地自主定位與地圖創(chuàng)建才能完成導(dǎo)航任務(wù)。

然而，對于傳統(tǒng)的VSLAM方案，由于天花板上物體有限，缺乏足夠均勻分布的興趣點(diǎn)來保證定位導(dǎo)航精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種視覺定位導(dǎo)航裝置及其方法，通過檢測并跟蹤室內(nèi)天花板ORB(Oriented Fast and Rotated Brief)特征點(diǎn)的特征信息構(gòu)建場景地圖，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位和導(dǎo)航功能。

本發(fā)明公開了一種視覺定位導(dǎo)航裝置，包括：運(yùn)動(dòng)模塊，用于相應(yīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，并且實(shí)時(shí)獲取所述機(jī)器人的當(dāng)前位姿信息；相機(jī)模塊，包含圖像傳感器，用于采集在機(jī)器人移動(dòng)過程中的環(huán)境圖像；圖像處理模塊，用于對所述環(huán)境圖像進(jìn)行特征提取和特征描述；以及位姿估計(jì)模塊，用于匹配所述環(huán)境圖像的特征點(diǎn)描述，建立特征數(shù)據(jù)庫，計(jì)算所述機(jī)器人的位姿修正量，并且基于所述機(jī)器人當(dāng)前位姿和所述位姿修正量來得到修正后的機(jī)器人位姿。

本發(fā)明還公開了一種視覺定位導(dǎo)航方法，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，并且實(shí)時(shí)獲取所述機(jī)器人的當(dāng)前位姿信息；采集在機(jī)器人移動(dòng)過程中的環(huán)境圖像；對所述環(huán)境圖像進(jìn)行特征提取和特征描述；以及匹配所述環(huán)境圖像的特征點(diǎn)描述，建立特征數(shù)據(jù)庫，計(jì)算所述機(jī)器人的位姿修正量，并且基于所述機(jī)器人當(dāng)前位姿和所述位姿修正量來得到修正后的機(jī)器人位姿。

有利地，本發(fā)明的視覺定位導(dǎo)航裝置及其方法能夠通過檢測和跟蹤室內(nèi)天花板ORB特征點(diǎn)得到的特征信息構(gòu)建場景地圖，用于機(jī)器人的精確定位及路徑規(guī)劃。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的視覺定位導(dǎo)航裝置的模塊圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的視覺定位導(dǎo)航裝置的詳細(xì)模塊圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的視覺定位導(dǎo)航方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的視覺定位導(dǎo)航裝置100的模塊圖。如圖1所示，視覺定位導(dǎo)航裝置100包括：運(yùn)動(dòng)模塊111、相機(jī)模塊112、圖像處理模塊113、和位姿估計(jì)模塊114。圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的視覺定位導(dǎo)航裝置200的詳細(xì)模塊圖。

結(jié)合圖1和圖2來看，運(yùn)動(dòng)模塊111用于相應(yīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人(驅(qū)動(dòng)控制模塊2112)，并且實(shí)時(shí)獲取所述機(jī)器人的當(dāng)前位姿信息(位姿獲取單元2114)。每一模塊可選地實(shí)施為包含邏輯、具有存儲(chǔ)的指令的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、固件、和/或其組合。對于用存儲(chǔ)的指令和/或固體實(shí)現(xiàn)的邏輯，可以提供處理器來執(zhí)行這樣的指令而使現(xiàn)有的視覺定位和導(dǎo)航裝置執(zhí)行本文所描述的方法。例如：通過陀螺儀可以獲得機(jī)器人的當(dāng)前偏轉(zhuǎn)角度θ，通過輪子上的光電脈沖計(jì)數(shù)器可以獲得機(jī)器人的移動(dòng)距離d。設(shè)定機(jī)器人初始的位置和角度均為0，一個(gè)或多個(gè)處理器使用以下公式就可以逐漸累加，獲得機(jī)器人當(dāng)前位姿(Rx，Ry，Rth)的估計(jì)值：

Rth2＝Rth1+θ；

Rx2＝Rx1+d*cos(θ)；

Ry2＝Ry1+d*sin(θ)。

相機(jī)模塊112可包含任何合適的圖像傳感器，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器、電荷藕合器件(CDD)傳感器、或任何其它合適傳感器。相機(jī)模塊112可位于視覺定位導(dǎo)航裝置100(例如，機(jī)器人)的正上方，用于采集在機(jī)器人移動(dòng)過程中的環(huán)境圖像(例如，天花板照片)。