[發明專利]一種基于全景視覺的集群兩棲機器人三維定位方法

有效

• 申請號: 201811324776.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109202911B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 郭書祥;邢會明;石立偉;侯夕歡;劉鈺;劉惠康;胡耀;夏德斌;李贊
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;李愛英

本發明提供一種基于全景視覺的集群兩棲機器人三維定位方法，將兩棲機器人的作為主要識別目標物，然而除兩棲機器人因作業或者運動存在腿部細節動作外，兩棲機器人在相機中的成像基本維持相同的輪廓形態，因此，本發明在識別機器人與非機器人的基礎上，增加顏色標識特征，以此來區分不同的兩棲機器人，確定兩棲機器人的編號，能夠大大提高識別的正確率，最終完成360度環繞全景范圍內兩棲機器人的自主搜索及三維定位。

技術領域

本發明屬于多機器人編隊控制領域，尤其涉及一種基于全景視覺的集群兩棲機器人三維定位方法。

背景技術

近年來，隨著機器人技術的發展，水下機器人應用于海洋勘測和海上搜救的案例越來越多，兩棲機器人作為一種新型關鍵工業裝備，因其在環境適應能力、運動機動性能、制造維護成本等方面的優勢，在國內外機器人研究和科研領域倍受關注。水陸兩棲機器人采用仿生學原理或復合推進機構，可滿足灘涂島礁、瀕水過渡區域等復雜環境下的作業任務需求，在濱海資源開發、漁業養殖捕撈、島礁主權維護等領域的應用發展前景廣泛。為了實現對近海資源監測、近海自主搜索救援等任務，研究具有自主作業的兩棲機器人具有重要的應用價值。隨著研究的不斷深入，小型機器人在大范圍作業中逐漸暴露出資源和時間消耗嚴重的問題，單個機器人的作業遠遠無法滿足實際應用的需求，通過多個機器人的協同作業對于該問題的解決具有重大的研究意義。而其中，如何解決兩棲機器人水下自主定位，是實現兩棲機器人水下編隊組網、自主導航、協同作業等自動化功能的基礎，對兩棲機器人的水下實用化和智能化至關重要。

然而水下機器人采用傳感手段有限，大多采用水聲定位系統，基于光纖陀螺和多普勒的航位推算系統，視覺系統。由于水聲設備、光纖陀螺和多普勒設備體積重量較大，不適合小型兩棲機器人。目前適合在近距離協同定位方法有人工視覺標識物和基于信號燈的視覺法。

Matthiasd等人提出了一種新姿態估計系統，該系統由多個紅外信號燈LED和紅外線濾波器的攝像頭組成。紅外信號燈LED安裝在待跟蹤的四旋翼機器人上，地面觀察機器人配備攝像頭。紅外信號燈LED可以被地面視覺系統檢測到，并且目標物體的位置會被精確定位。但是該種方法存在遮擋，遮擋后無法實現位姿及位置的估計。

基于人工視覺標識物的定位法依賴已知結構的三維環境。Kim等人為了緩解低能見度、噪聲、大面積無特征場景的問題，設計了一種基于人工標識物的視覺定位方法。Carreras等人提出了一種基于視覺定位方法，該方法可在在特定環境下估計機器人的位置和姿態，通過在水池底防止特定標識物，下視相機通過檢測標識物來定位。以上兩種基于人工視覺標識物的定位法存在很多限制，比如實驗環境需要精細安排，所以無法廣泛應用。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于全景視覺的集群兩棲機器人三維定位方法，在識別機器人與非機器人的基礎上，采用顏色標識確定機器人編號，能夠完成360度環繞全景范圍內兩棲機器人的自主搜索及三維定位。

一種基于全景視覺的集群兩棲機器人三維定位方法，所述兩棲機器人上設有用于獲取360度全景視覺的四組雙目攝像頭，其中，各個兩棲機器人在本體上設置顏色標識，顏色標識為至少包括三種顏色的顏色組合，不同兩棲機器人上的顏色組合不同，且每個顏色標識對應一個編號；

所述三維定位方法包括以下步驟：

各兩棲機器人獲取四組雙目攝像頭視野范圍內的樣本圖像；

各兩棲機器人從所述樣本圖像中識別出兩棲機器人與非機器人物體；

各兩棲機器人提取所述樣本圖像中的兩棲機器人的顏色標識，根據所述顏色標識確定所述樣本圖像中的兩棲機器人的編號；

根據雙目測距原理，各兩棲機器人獲取樣本圖像中的兩棲機器人在自身坐標系下的三維位置信息；

隨機選取一個兩棲機器人作為主機器人，主機器人以外的其他兩棲機器人將各自獲取的樣本圖像中的兩棲機器人的編號與三維位置信息發送給所述主機器人；