[發(fā)明專利]一種基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010897209.8
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112025709B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王翔宇;劉維明;梁靜思;梁升一;李世華
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發(fā)明公開了一種基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及方法，基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)硬件平臺包括輪式移動機(jī)器人，RGB?D攝像頭、Jetson TX2計算單元。基于車載攝像頭視覺的輪式移動機(jī)器人定位方法依次經(jīng)過圖像處理、位置跟蹤、局部建圖、回環(huán)檢測等流程環(huán)節(jié)，在不依賴GPS信號的條件下即能夠完成輪式移動機(jī)器人在室外或者室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時定位。本發(fā)明定位精度較高，可靠性較好，操作簡單，設(shè)備成本較低，實(shí)用性較強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動機(jī)器人定位技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

20世紀(jì)中葉，現(xiàn)代意義上的機(jī)器人誕生，在此之后，隨著控制技術(shù)、電子技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)器人的智能化水平不斷提高。如今，機(jī)器人已經(jīng)深入到了社會生活的各個領(lǐng)域。機(jī)器人的種類繁多，形態(tài)與功能各異，其中，移動機(jī)器人作為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個重要分支，在交通、軍事、教育以及餐飲等眾多行業(yè)都有了實(shí)質(zhì)性的突破。依據(jù)移動機(jī)器人的運(yùn)動方式，可以將移動機(jī)器人分成輪式機(jī)器人、履帶機(jī)器人和足式機(jī)器人。輪式移動機(jī)器人憑借結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用和研究。

針對輪式移動機(jī)器人的主要研究問題包括定位、建圖、路徑規(guī)劃和控制。其中，定位是最基礎(chǔ)的問題。在室外，大多數(shù)機(jī)器人可以利用GPS進(jìn)行定位，該技術(shù)成熟穩(wěn)定，成本低廉。但是民用GPS的定位精度較低，平均為10m，一般來說，GPS定位要與慣性導(dǎo)航技術(shù)等其他定位技術(shù)結(jié)合使用，才能達(dá)到滿足移動機(jī)器人控制要求的定位精度。而同時，在室內(nèi)環(huán)境下，GPS信號較弱，因此GPS定位并不適用于室內(nèi)環(huán)境。室內(nèi)的移動機(jī)器人一般采用主動定位方式進(jìn)行定位，需要在移動機(jī)器人上安裝激光傳感器、視覺傳感器、慣性傳感器等設(shè)備，使得移動機(jī)器人具有主動感知外部環(huán)境的能力，再通過一定的算法對機(jī)器人當(dāng)前的位姿進(jìn)行計算。

文獻(xiàn)(Davison A J,Reid I D,Molton N D,et al.MonoSLAM:Real-time singlecamera SLAM[J].IEEE Transactions on Pattern AnalysisMachine Intelligence,2007(6):1052-1067)提出了MonoSLAM算法，該算法使用單目攝像頭實(shí)現(xiàn)了實(shí)時視覺SLAM。文獻(xiàn)(Ra′ul Mur-Artal.ORB-SLAM:A versatile and accurate monocular SLAM system[J].IEEE Transactions on Robotics,2015,31(5):1147-1163)提出了ORB-SLAM算法，該算法使用了前端與后端分開的架構(gòu)，并在回環(huán)檢測和非線性優(yōu)化上做了改進(jìn)，是當(dāng)下流行的視覺SLAM方案。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有輪式移動機(jī)器人定位技術(shù)的缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及方法，其中，基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)硬件平臺包括輪式移動機(jī)器人、RGB-D攝像頭、Jetson TX2計算單元，所述輪式移動機(jī)器人搭載STM32單片機(jī)控制器，所述RGB-D攝像頭搭載在輪式移動機(jī)器人用于拍攝圖像幀，所述Jetson TX2計算單元用于接收RGB-D攝像頭拍攝的圖像幀并進(jìn)行處理最終完成對輪式移動機(jī)器人位置的實(shí)時定位。

而基于車載攝像頭視覺的移動機(jī)器人定位方法依次經(jīng)過圖像處理、位置跟蹤、局部建圖、回環(huán)檢測等流程環(huán)節(jié)，在不依賴GPS信號的條件下即能夠完成輪式移動機(jī)器人在室外或者室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時定位，其主要包括以下步驟：

步驟一、圖像處理：Jetson TX2計算單元接收RGB-D攝像頭拍攝的圖像幀，經(jīng)過圖像處理后，輸出包含帶有BRIEF描述子的ORB特征點(diǎn)的圖像幀；