[發(fā)明專利]基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)、停靠方法及存儲(chǔ)介質(zhì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810041182.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN108388244A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王景川;方宇凡;陳衛(wèi)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

1.一種基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包含人工路標(biāo)與移動(dòng)機(jī)器人；所述移動(dòng)機(jī)器人包含結(jié)構(gòu)本體、傳感器以及控制器，傳感器與控制器安裝在結(jié)構(gòu)本體上；

所述控制器包含以下模塊：

路標(biāo)識(shí)別模塊：獲取來自傳感器的周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，識(shí)別人工路標(biāo)；

定位模塊：計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)本體相對(duì)人工路標(biāo)的實(shí)時(shí)位姿，計(jì)算實(shí)時(shí)位姿與目標(biāo)位姿之間的偏差數(shù)據(jù)；

導(dǎo)航控制模塊：根據(jù)偏差數(shù)據(jù)生成導(dǎo)航控制指令。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述人工路標(biāo)上設(shè)置有色塊部，色塊部包含第一色塊與第二色塊，所述第一色塊與第二色塊的反射率不等；

所述傳感器包含激光傳感器，激光傳感器能夠掃描到色塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述人工路標(biāo)包含第一矩形板與第二矩形板這兩塊矩形板，所述第一矩形板與第二矩形板之間存在夾角。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器還包含里程計(jì)，所述激光傳感器包含激光測(cè)距傳感器；

所述第一色塊為黑色色塊，所述第二色塊為白色色塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包含多個(gè)人工路標(biāo)，多個(gè)人工路標(biāo)上的第一色塊與第二色塊的排列順序存在不同。

6.一種權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的基于人工路標(biāo)的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的停靠方法，其特征在于，包含以下步驟：

路標(biāo)識(shí)別步驟：獲取來自傳感器的周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，識(shí)別人工路標(biāo)；

定位步驟：計(jì)算獲得結(jié)構(gòu)本體相對(duì)人工路標(biāo)的實(shí)時(shí)位姿，計(jì)算實(shí)時(shí)位姿與目標(biāo)位姿之間的偏差數(shù)據(jù)；

導(dǎo)航控制步驟：根據(jù)偏差數(shù)據(jù)生成導(dǎo)航控制指令。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的停靠方法，其特征在于，還包含示教步驟：獲取在設(shè)定位姿下周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，識(shí)別出人工路標(biāo)，解算出結(jié)構(gòu)本體相對(duì)人工路標(biāo)的位置與朝向，生成目標(biāo)位姿信息。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的停靠方法，其特征在于，所述定位步驟包含以下步驟：

步驟S1：獲取在激光測(cè)距傳感器可識(shí)別出人工路標(biāo)的范圍內(nèi)的虛擬參考點(diǎn)的位置與朝向；

步驟S2：根據(jù)放置的人工路標(biāo)的實(shí)際尺寸、矩形板之間夾角以及路標(biāo)表面的色塊排列特征，計(jì)算出結(jié)構(gòu)本體在虛擬參考點(diǎn)處對(duì)路標(biāo)的理想測(cè)量數(shù)據(jù)，作為模板數(shù)據(jù)；所述模板數(shù)據(jù)為路邊上的點(diǎn)的集合，模板數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)包含三個(gè)維度的信息，分別是該點(diǎn)的二維位置信息和對(duì)應(yīng)色塊的歸一化激光反射強(qiáng)度信息，點(diǎn)集記作S_R；

步驟S3：對(duì)激光測(cè)距傳感器讀出的每一幀激光數(shù)據(jù)中的點(diǎn)按相鄰點(diǎn)間歐式距離進(jìn)行聚類，然后對(duì)每個(gè)聚類中的點(diǎn)進(jìn)行直線擬合；從擬合出的所有直線中，根據(jù)人工路標(biāo)的幾何特征與表面色塊特征篩選出人工路標(biāo)相應(yīng)的兩條直線，將這兩條直線所包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)記為點(diǎn)集S_C；

步驟S4：為點(diǎn)集S_C中的每個(gè)點(diǎn)在點(diǎn)集S_R中尋找一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的判定標(biāo)準(zhǔn)為兩點(diǎn)之間的歸一化激光反射強(qiáng)度信息小于預(yù)設(shè)的匹配閾值并且兩點(diǎn)之間距離最小；

步驟S5：計(jì)算出一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣與一個(gè)平移向量使得所有對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離的總和最小；將計(jì)算獲得的旋轉(zhuǎn)矩陣與平移向量用于估計(jì)結(jié)構(gòu)本體當(dāng)前位置和朝向相對(duì)于虛擬參考點(diǎn)的位置和朝向。