[發明專利]一種機器人室內導航定位的方法與裝置

在審

• 申請號: 201710253937.3
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN108733039A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 王峰;楊春媚;汪進;王家燃;肖飛
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發明實施例公開了一種機器人室內導航定位的方法與裝置，依據攝像頭捕獲的圖像，對圖像進行預處理、邊緣檢測、攝像頭失真校正以及進行特征信息的提取等一系列操作，從該圖像中擬合出特征圖形；對該特征圖形進行IPM變換，得到該特征圖形在世界坐標系的參數方程；依據預先存儲的地圖信息，判斷所述特征圖形是否為有效圖形。若是，則可以依據該有效圖形的參數方程，確定出機器人的理論位姿信息；利用卡爾曼濾波器對理論位姿信息以及車輪編碼器采集到的位姿參數進行融合，計算出機器人的位置、速度和姿態角，從而調整機器人的位姿，實時消除車輪編碼器的累計誤差，提高機器人定位的準確度。

技術領域

本發明涉及計算機視覺檢測技術領域，特別是涉及一種機器人室內導航定位的方法與裝置。

背景技術

近年來，智能機器人技術得到了飛速發展，世界各地的機器人公司和科研機構正加緊開發研制各種智能自主移動服務機器人應用到各種環境下代替人類勞務工作，以減輕人類的生活壓力。服務機器人逐漸走向實用化并進入大眾的視野，其主要可以代替人類維護保養、運輸、清洗、監護等工作。服務機器人不僅可以擺脫令人煩惱枯燥的重復性勞務工作而且是一項具有良好應用前景的高科技技術。

機器人導航是指機器人按照預先給出的任務命令，根據已知信息做出路徑規劃，并在行進過程中，不斷感知周圍的局部環境信息，自主地做出決策，調整自身位姿，引導自身安全行駛或者根據已知路徑達到目標位置。在應用到各種環境時，機器人需要知道自身當前的精確位置，以完成局部避障或是全局規劃，這就是導航定位問題。因此，實現機器人自身的準確定位是導航的前提條件，也是該研究領域的重點和難點。

實時定位是機器人實現自主導航的關鍵技術，用于解決機器人正處于何處的問題。機器人定位主要分為絕對定位和相對定位兩種。在室內環境中，機器人可利用無線電方式測距，(比如超寬帶定位或者WiFi接受信號強度定位)，采用三角原理等方法確定絕對位姿。絕對定位需要提前掌握環境信息，其定位方法精度高但成本高昂并且維護麻煩。而相對定位方法(如里程計、慣性傳感器)在給定機器人初始位姿后，利用自身的傳感器對位移量進行累加。機器人在移動的一小段距離內可以得到較高的定位精度，但是隨著機器人車輪的縱向或者橫向的滑動引起位置和姿態角的偏差，同時傳感器(比如慣性傳感器)本身容易產生了誤差累加，如果誤差沒有及時修正會直接導致機器人定位精度變低，故不適合長時間的使用，不利于機器人的普及。

采用視覺傳感器逐漸成為主流,視覺傳感器主要依靠對采集的圖像處理識別,進而對周圍環境進行感知,實現自身的定位,目前視覺傳感器主要分為全景視覺傳感器、雙目視覺傳感器、單目視覺傳感器三種，其中全景傳感器雖然觀測范圍大，但是由于其加工困難、價格昂貴，圖像容易畸變、圖像處理復雜等，導致全景傳感器難以得到應用；雙目視覺傳感器主要用于對景物深度要求高的場合，其對計算機的圖像處理能力要求也較高，也無法得到廣泛的應用；單目視覺傳感器，價格低，適用于一般的日常生活環境中對圖像處理要求不高的場合，能夠滿足廣泛的應用需求。高精度的單目定位還有基于地面二維碼的方法，攝像頭安裝在機器人底部拍攝并解碼，進而計算出機器人的位置。這個方法可以達到毫米級定位精度、已經廣泛應用在室內自動導航車輛機器人(AGV)上。但這種方法的路徑只能走前后左右方向，無法走任意角度或者弧線降低系統效率，且當車輛出現打滑或者停電等各種狀態后，車輛不能找到二維碼，而出現不能定位問題。

由于單一傳感器存在各種誤差的問題，所以多傳感器融合是解決該問題的有效方法，目前大多采用卡爾曼濾波器將多種傳感器采集的數據融合起來進行處理以提高定位精度，但這些方法都沒有利用視覺傳感器對地面規律特征進行采集和處理，然后根據地面規律特征進行地圖匹配、消除編碼器的累計誤差、確定自身的位置和姿態角，實現自身的導航和定位。

可見，如何實現機器人的準確定位，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種機器人室內導航定位的方法與裝置，通過調整機器人的位姿，可以實現機器人的準確定位。