[發明專利]一種教學機器人系統及控制方法

在審

• 申請號: 202210179993.8
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114549991A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 陳永平;呂莎莎;宗延雷
• 申請（專利權）人: 淄博師范高等專科學校
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V20/30;G06T7/73;G06T7/246;G06T5/00;G06Q50/20;G06K9/62;G06F16/29;G06V10/762;G06V10/74
• 代理公司: 上海互順專利代理事務所(普通合伙) 31332
• 代理人: 韋志剛;曹月明

1.一種教學機器人系統，包括：

機器人主體和控制設備；

控制設備安裝有引導模塊；以及

引導模塊用于經由圖像采集裝置捕獲環境的紅綠藍三通道圖像幀和深度信息，從紅綠藍三通道圖像幀中提取ORB特征，將ORB特征與局部地圖點進行匹配，圖像上最小海明距離的ORB特征點被選為匹配點，然后利用非線性優化最小化重投影誤差來計算獲得圖像采集裝置的位姿，采用隨機采樣一致性算法以及基于深度信息對匹配點進行采樣，從而剔除外點、抑制噪聲，計算幀間匹配的內點、旋轉向量和平移向量，基于旋轉向量和平移向量來進行運動估計，計算出幀間相對移動距離，基于特征點追蹤和視覺最小變化選擇關鍵幀，通過關鍵幀之間的圖像可追蹤點進行二次判斷，刪除冗余關鍵幀，對當前選擇的關鍵幀進行環形閉合檢測，以確定當前選擇的關鍵幀中的當前場景是否重復出現，基于當前選擇的關鍵幀，維護和拓展新的局部地圖點，以及基于光束平差法優化局部地圖中所有關鍵幀的位姿和所有地圖點。

2.根據權利要求1所述的系統，其中所述引導模塊用于基于以下公式來計算出幀間相對移動距離：D＝||Δt||+min(2π-||r||，||r||)，其中r為幀間旋轉向量，t為平移向量，以及如果確定幀間相對移動距離小于幀間最大移動距離并且大于幀間最小移動距離，則確定跟蹤到的幀間特征點的數量是否大于預定數量，如果確定跟蹤到的幀間特征點的數量大于預定數量，則確定當前幀與先前關鍵幀之間匹配的特征點的數量占先前關鍵幀中的特征點的數量的比例是否大于預定比例，如果確定當前幀與先前關鍵幀之間匹配的特征點的數量占先前關鍵幀中的特征點的數量的比例大于預定比例，則將當前幀選擇為關鍵幀。

3.根據權利要求1所述的系統，其中所述引導模塊用于確定能否在3個先前關鍵幀中找到當前選擇的關鍵幀中的90％的特征點，如果確定能夠在3個先前關鍵幀中找到當前選擇的關鍵幀中的90％的特征點，則確定當前選擇的關鍵幀為冗余，并刪除所選擇的關鍵幀。

4.根據權利要求1所述的系統，其中所述引導模塊用于利用K均值聚類法將訓練集中的所有特征向量分成K類，對于每一類，遞歸采用同樣方式進行聚類，直到達到預定層數，完成詞匯樹構建，基于單詞的出現頻率確定詞匯樹的葉節點的權重w_i＝ln(N/N_i)，N為數據庫中圖像數量的總和，N_i為數據庫中具有單詞i的圖像的數量總和，待檢索圖像的特征向量和數據庫圖像的特征向量可如下表示：

其中n_i和m_i分別表示待檢索圖像和數據庫圖像中具有單詞i的數量，計算待檢索圖像和數據庫圖像之間的相似度如下：

根據該公式計算當前選擇的關鍵幀與先前關鍵幀之間的相似度，基于相似度，確定當前選擇的關鍵幀中的當前場景是否重復出現。

5.根據權利要求4所述的系統，其中所述引導模塊用于建立用于先前關鍵幀的倒排索引，記錄包含特定單詞的所有先前關鍵幀，對于選擇的關鍵幀，計算選擇的關鍵幀中包含的單詞表，對于單詞表中的每個單詞，通過倒排索引查找具有該單詞的所有先前關鍵幀，并記錄每個先前關鍵幀與選擇的關鍵幀共同包含的單詞的個數，在與選擇的關鍵幀共同包含單詞的所有先前關鍵幀中確定共同單詞個數超過預定個數的先前關鍵幀，計算確定的先前關鍵幀與選擇的關鍵幀之間的上述相似度，如果確定相似度超過預定值，則確定選擇的關鍵幀中的當前場景重復出現。

6.根據權利要求1所述的系統，其中所述引導模塊還用于如果確定連續的10個圖像幀均不匹配，則將當前圖像幀確定為關鍵幀，并對當前圖像幀進行閉環檢測，以期待找到所有與當前圖像幀相似的場景并建立幀間約束。