[發明專利]一種基于計算機視覺的機器人自動定位與導航方法

在審

• 申請號: 201911340542.2
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111141274A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 趙璽;駱新;王寧;姚威
• 申請（專利權）人: 北京中廣上洋科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20;G06K9/00;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本發明公開了一種基于計算機視覺的機器人自動定位與導航方法，包括如下步驟：S1、預處理步驟：用于對系統進行初始化以及傳感器校準；S2、圖像特征采集步驟：用于在機器人系統運行過程中按照一定的距離間隔采集圖像并提取圖像特征，原始圖片不保留，僅存儲圖像特征；S3、圖像特征比對步驟：用于使機器人系統通過采集環境圖片并與存儲的圖像特征數據集進行比對，從而確定自身坐標。通過本發明的方法，得到了一種通過計算機視覺為機器人構建地圖并確定機器人位置的系統，能夠使機器人系統通過視覺的方式確定自身較為準確的位置，從而使機器人可以實現更多功能。

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，尤其是涉及基于計算機視覺的機器人自動定位與導航方法。

背景技術

對于掃地機器人、服務員機器人等有自動處理工作能力的機器人來說，地圖和導航是決定機器人智能化程度的一個重要方面，在傳統的解決方案中通常通過一些磁力軌道或者高對比度貼紙軌道等方式實現導航，或者通過某些算法結合傳感器使機器人自己能夠對環境進行地圖構建和導航。

傳統方法下的機器人通過自身傳感器進行地圖構建和導航的過程中，盡管能夠完成地圖的構建，但是由于缺乏有效的參考信息，導致機器人無法對自身所處環境進行準確描述，從而出現機器人導航失效的情況，機器人會在一個區域兜圈子，并且在機器人利用已有地圖進行二次導航的時候機器人很難知道自身的位置從而使原有地圖失效。如果使用計算機視覺進行導航和定位，對于機器人準確獲取自身位置來說更為有效。

發明內容

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

根據本發明的第一個方面，提供了一種基于計算機視覺的機器人自動定位與導航方法，包括如下步驟：

S1、預處理步驟：用于對系統進行初始化以及傳感器校準；

S2、圖像特征采集步驟：用于在機器人系統運行過程中按照一定的距離間隔采集圖像并提取圖像特征，原始圖片不保留，僅存儲圖像特征；

S3、圖像特征比對步驟：用于使機器人系統通過采集環境圖片并與存儲的圖像特征數據集進行比對，從而確定自身坐標。

進一步地，所述預處理步驟S1進一步包括：

S11、傳感器校準步驟：通過原地旋轉校準電子羅盤傳感器、加速度計進行傳感器校準；

S12、地圖初始化步驟：利用電子羅盤傳感器，將機體轉動到某個方向作為Y軸正方向，以機體位置為原點，建立平面坐標系作為地圖。

進一步地，所述圖像特征采集步驟S2進一步包括：

S21、網格初始化步驟：以1米為間隔在所述地圖上構建網格圖；

S22、網格填充步驟：在網格上填充采集到的前后左右四個方向的圖片；

S23、圖像特征保存步驟：計算網格上所有圖片的特征值并存儲。

進一步地，所述圖片的特征值采用BRISK特征，即不受形變影響的二進制關鍵點特征。

進一步地，所述圖像特征比對步驟S3進一步包括：

S31、網格優選步驟：根據電子羅盤傳感器確定的方向，只篩選出對應方向的素有網格；

S32、特征提取步驟：采集機器人系統所面對方向的圖片，并進行特征提取；

S33、特征相似度計算步驟：將提取到的特征與所有網格特征進行相似度計算，輸出相似度最高的網格位置。

根據本發明的第二個方面，一種基于計算機視覺的機器人自動定位與導航方法，其特征在于，包括如下步驟：

B1.初始化并校準傳感器，并初始化地圖；

B2.初始化網格；