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移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)。其中該方法包括如下步驟：獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像，并將場景圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；從灰度圖像中獲取二維碼，并獲取二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)及二維碼的正方向；計(jì)算二維碼的中心點(diǎn)和灰度圖像的中心點(diǎn)構(gòu)成的二維向量與二維碼的正方向之間的夾角；計(jì)算二維碼的中心點(diǎn)與灰度圖像的中心點(diǎn)之間的第一距離；根據(jù)第一距離、夾角及二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)作為所述移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo)。其計(jì)算速度快，且每次圖像獲取后都是進(jìn)行一次獨(dú)立的定位，受其他因素影響小，定位精度高，便于結(jié)合其他導(dǎo)航裝置實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在面上的移動(dòng)及精確定位。
【專利說明】
移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]移動(dòng)機(jī)器人在倉儲(chǔ)物流、移動(dòng)操作等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。在機(jī)器人移動(dòng)過程中，定位是機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的重要的功能。傳統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人在方法上大都采用貼制磁條，嵌入磁釘?shù)姆椒?。這些方法能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定軌跡的平臺(tái)移動(dòng)任務(wù)，但是運(yùn)動(dòng)方式較為單一。現(xiàn)代移動(dòng)機(jī)器人的使用過程中，要求移動(dòng)機(jī)器人在有限空間中從線軌跡改變?yōu)槊鎯?nèi)任意軌跡的運(yùn)動(dòng)。
[0003]面內(nèi)任意軌跡的移動(dòng)機(jī)器人，在定位方式上有多種方法。比如，加入編碼器的方法可以在微小的距離下進(jìn)行定位操作，但機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的打滑現(xiàn)象會(huì)造成這種方法的誤差累積，從而造成定位不準(zhǔn)確；加裝射頻識(shí)別設(shè)備的定位方法，是構(gòu)造一系列的射頻標(biāo)簽，并構(gòu)造對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)尋址表進(jìn)行標(biāo)簽對(duì)應(yīng)，但是多個(gè)射頻標(biāo)簽如果在空間分布較為密集，則會(huì)在定位中產(chǎn)生干擾，造成定位不準(zhǔn)確；一維碼或條形碼定位方式，需要求在二維碼橫向偏離不大的情況下對(duì)其進(jìn)行解碼，這不符合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)任意性的特點(diǎn)。
[0004]綜上所述，尋求一種準(zhǔn)確、快速地對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行定位的方法是一個(gè)亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)中移動(dòng)機(jī)器人在面內(nèi)移動(dòng)位置定位困難的問題，提供一種能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行定位的移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法，包括以下步驟:
[0007]獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像，并將所述場景圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；
[0008]從所述灰度圖像中獲取二維碼，并獲取所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)及所述二維碼的正方向；
[0009]計(jì)算所述二維碼的中心點(diǎn)和所述灰度圖像的中心點(diǎn)構(gòu)成的二維向量與所述二維碼的正方向之間的夾角；
[0010]計(jì)算所述二維碼的中心點(diǎn)與所述灰度圖像的中心點(diǎn)之間的第一距離；
[0011]根據(jù)所述第一距離、所述夾角及所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到所述灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)作為所述移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo)。
[0012]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的可實(shí)施方式，還包括以下步驟:
[0013]計(jì)算所述灰度圖像的正方向和所述二維碼的正方向之間的夾角作為所述移動(dòng)機(jī)器人的偏航角度。
[0014]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的可實(shí)施方式，所述從所述灰度圖像中獲取二維碼，包括以下步驟:
[0015]對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測；
[0016]構(gòu)造矩形結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)單元結(jié)構(gòu)對(duì)所述灰度圖像的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行膨脹操作，得到膨脹結(jié)果；
[0017]根據(jù)所述膨脹結(jié)果對(duì)所述灰度圖像的邊緣進(jìn)行輪廓查找，得到所述灰度圖像的原始輪廓；
[0018]利用預(yù)設(shè)數(shù)量頂點(diǎn)的包絡(luò)線對(duì)所述原始輪廓進(jìn)行擬合，得到擬合后的多個(gè)輪廓區(qū)域；
[0019]對(duì)所得到的輪廓區(qū)域進(jìn)行基于邊數(shù)及區(qū)域大小過濾，得到二維碼輪廓區(qū)域；
[0020]對(duì)所述二維碼輪廓區(qū)域進(jìn)行子圖切割，并對(duì)得到的子圖進(jìn)行全局閾值的二值化操作，得到二維碼。
[0021]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的可實(shí)施方式，獲取所述二維碼的正方向包括以下步驟:
[0022]設(shè)置歐拉參數(shù)，確定所述二維碼的3個(gè)定位塊，并確定主定位塊；
[0023]根據(jù)所述主定位塊及第一象限假設(shè)確定輔助定位塊；
[0024]確定所述主定位塊和所述輔助定位塊之間的區(qū)域質(zhì)心連線，并確定所述二維碼的中心點(diǎn)在所述區(qū)域質(zhì)心連線上的投影點(diǎn)；
[0025]確定所述二維碼的中心點(diǎn)到所述投影點(diǎn)的方向?yàn)樗龆S碼的正方向。
[0026]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的可實(shí)施方式，根據(jù)所述第一距離、所述夾角及所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到所述灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)，包括以下步驟:
[0027]對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，獲取單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理距離；
[0028]根據(jù)單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理距離確定所述第一距離對(duì)應(yīng)的第一實(shí)際距離；
[0029]根據(jù)所述中心點(diǎn)坐標(biāo)、所述第一實(shí)際距離及所述夾角確定所述灰度圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0030]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的可實(shí)施方式，通過對(duì)所述二維碼進(jìn)行解析獲取所述二維碼的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0031]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的可實(shí)施方式，還包括在預(yù)設(shè)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)場景中設(shè)置二維碼標(biāo)簽的步驟。
[0032]基于相同構(gòu)思的一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括安裝有工業(yè)相機(jī)的移動(dòng)機(jī)器人、設(shè)置在預(yù)設(shè)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)場景中的多個(gè)二維碼標(biāo)簽及上位機(jī)，其中:
[0033]所述工業(yè)相機(jī)與上位機(jī)通訊連接，能夠獲取包含所述二維碼標(biāo)簽的場景圖像，并將所述場景圖像傳輸給所述上位機(jī)；
[0034]所述上位機(jī)能夠通過分析所述場景圖像確定所述移動(dòng)機(jī)器人的位置。
[0035]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)的可實(shí)施方式，還包括與所述工業(yè)相機(jī)配套設(shè)置的LED光源，所述LED光源也安裝在所述移動(dòng)機(jī)器人上。
[0036]作為一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)的可實(shí)施方式，所述工業(yè)相機(jī)為USB接口攝像頭、1394接口攝像頭、網(wǎng)口通訊攝像頭或者網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
[0037]本發(fā)明的有益效果包括:
[0038]本發(fā)明提供的一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)，其中方法通過掃描事先設(shè)置在移動(dòng)場景中的二維碼標(biāo)簽，并根據(jù)二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)及二維碼圖像在場景圖像中的傾斜情況確定移動(dòng)機(jī)器人的位置。其計(jì)算速度快，且每次圖像獲取后都是進(jìn)行一次獨(dú)立的定位，受其他因素影響小，定位精度高，便于結(jié)合其他導(dǎo)航裝置實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在面上的移動(dòng)及精確定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法的一具體實(shí)施例的流程圖；
[0040]圖2為一二維碼正方向示意圖；
[0041]圖3為一具體實(shí)施例中的二維碼正方向確定的過程圖；
[0042]圖4為一具體實(shí)施例的灰度圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算解析圖；
[0043]圖5為一具體實(shí)施例的二維碼標(biāo)簽陣列排布示意圖；
[0044]圖6為本發(fā)明一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)的一具體實(shí)施例的構(gòu)成不意圖；
[0045]圖7為本發(fā)明一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)中二維碼標(biāo)簽設(shè)置在房頂?shù)氖疽鈭D。

【具體實(shí)施方式】
[0046]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人定位方法及系統(tǒng)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0047]本發(fā)明一實(shí)施例的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0048]S100，獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像，并將所述場景圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。
[0049]本步驟中，可使用移動(dòng)機(jī)器人上安裝的工業(yè)相機(jī)獲取所在的移動(dòng)場景中3通道RGB場景圖像，并將獲取的RGB彩色場景圖像轉(zhuǎn)換為單通道灰度圖像。以便下一步繼續(xù)對(duì)圖像中的圖案進(jìn)行提取、分析等操作。
[0050]S200，從灰度圖像中獲取二維碼，并獲取二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)及二維碼的正方向。其中，確定如圖2中所示的箭頭方向(垂直向上)為二維碼的正方向。通過對(duì)二維碼進(jìn)行解析獲取二維碼中存儲(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)。在量綱統(tǒng)一的情況下，通過解碼獲得二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)，并用于后續(xù)的圖像中心點(diǎn)坐標(biāo)的求取，避免了查表，且精度更高。
[0051 ] S300，計(jì)算所獲取的二維碼的中心點(diǎn)A和灰度圖像的中心點(diǎn)B構(gòu)成的二維向量(A, B)與所述二維碼的正方向之間的夾角。且向量(A，B)與二維碼的正方向的夾角要采用順時(shí)針法則確定。
[0052]S400，計(jì)算二維碼的中心點(diǎn)與灰度圖像的中心點(diǎn)之間的第一距離L。
[0053]S500，根據(jù)第一距離L、二維向量(A，B)與二維碼的正方向之間的夾角及二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到所述灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)作為所述移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo)。
[0054]此處需要說明的是，二維碼中所存儲(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)是與實(shí)際場景相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，通過其最終確定灰度圖像中的中心點(diǎn)坐標(biāo)。灰度圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)也就是移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)際物理位置。
[0055]本發(fā)明實(shí)施例的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，通過掃描事先設(shè)置在移動(dòng)場景中的二維碼標(biāo)簽，分析獲得的二維碼確定移動(dòng)機(jī)器人的位置。計(jì)算速度快，且每次圖像獲取后都是進(jìn)行一次獨(dú)立的定位，受其他因素影響小，定位精度高。
[0056]較佳地，在其中一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人定位方法的實(shí)施例中，還包括以下步驟:
[0057]S600，計(jì)算灰度圖像的正方向和二維碼的正方向之間的夾角作為所述移動(dòng)機(jī)器人的偏航角度。從而確定了移動(dòng)機(jī)器人的具體位置，并進(jìn)一步確定了移動(dòng)機(jī)器人的偏航角度，更便于通過導(dǎo)航裝置對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)軌跡進(jìn)行調(diào)整。
[0058]較佳地，可通過在二維碼的中心點(diǎn)引出垂直方向作為圖像的正方向，進(jìn)而可計(jì)算出二維碼的垂直方向與其自身的正方向的夾角作為移動(dòng)機(jī)器人的偏航角。
[0059]具體的，步驟S200中，從所述灰度圖像中獲取二維碼，包括以下步驟:
[0060]S211，對(duì)灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測。具體可采用使用Canny算子方法對(duì)灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測，確定灰度圖像中包含的圖形的邊緣。使用Canny算子方法進(jìn)行邊緣檢測提取較為準(zhǔn)確。
[0061]S212，構(gòu)造矩形結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)單元結(jié)構(gòu)對(duì)灰度圖像的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行膨脹操作，得到膨脹結(jié)果。此處構(gòu)造矩形結(jié)構(gòu)可以更好地對(duì)正方形的二維碼圖形的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行膨脹操作。更有利于后續(xù)二維碼的輪廓查找，使查找更準(zhǔn)確。
[0062]S213，根據(jù)膨脹結(jié)果對(duì)灰度圖像的邊緣進(jìn)行輪廓查找，得到灰度圖像的原始輪廓。
[0063]S214，利用預(yù)設(shè)數(shù)量頂點(diǎn)的包絡(luò)線對(duì)所述原始輪廓進(jìn)行擬合，得到擬合后的多個(gè)輪廓區(qū)域。一般使用頂點(diǎn)較少的包絡(luò)線對(duì)原始輪廓進(jìn)行擬合。
[0064]S215，對(duì)所得到的輪廓區(qū)域進(jìn)行基于邊數(shù)及區(qū)域大小過濾，得到二維碼輪廓區(qū)域。這里以二維碼輪廓擬合多邊形的邊不能少于4為前提對(duì)擬合的多邊形(輪廓區(qū)域)進(jìn)行邊數(shù)篩選，并進(jìn)一步利用輪廓區(qū)域比例限定條件對(duì)過大或者過小的輪廓區(qū)域進(jìn)行過濾，得到二維碼所在的二維碼輪廓區(qū)域。此處需要說明的是，輪廓區(qū)域的大小與工業(yè)相機(jī)與二維碼標(biāo)簽之間的距離有一定關(guān)系，因此，輪廓區(qū)域大小的限定條件因不同的具體環(huán)境而不同。
[0065]S216，對(duì)二維碼輪廓區(qū)域進(jìn)行子圖切割，并對(duì)得到的子圖進(jìn)行全局閾值的二值化操作，得到二維碼。
[0066]具體地，步驟S200中，獲取所述二維碼的正方向包括以下步驟:
[0067]S221，設(shè)置歐拉參數(shù)，確定所述二維碼的3個(gè)定位塊，并確定主定位塊。其中，確定了二維碼的三個(gè)定位塊之后，依據(jù)距離最大關(guān)系，確定二維碼的兩個(gè)對(duì)角定位塊，并進(jìn)一步利用區(qū)域排除法確定另外一個(gè)定位塊為二維碼的主定位塊。
[0068]S222，根據(jù)所述主定位塊及第一象限假設(shè)確定輔助定位塊。其是令主定位塊順時(shí)針方向的第一個(gè)定位塊為輔助定位塊。
[0069]S223，確定所述主定位塊和所述輔助定位塊之間的區(qū)域質(zhì)心連線，并確定所述二維碼的中心點(diǎn)在所述區(qū)域質(zhì)心連線上的投影點(diǎn)。
[0070]S224，確定所述二維碼的中心點(diǎn)到所述投影點(diǎn)的方向?yàn)樗龆S碼的正方向。
[0071 ] 本發(fā)明實(shí)施例中基于歐拉數(shù)的二維碼正方向確定方法準(zhǔn)確性高。
[0072]如圖3所示，為一個(gè)二維碼的正方向的確定過程的示意圖。其中01為獲取的場景圖像中的一個(gè)彩色二維碼；02為經(jīng)過轉(zhuǎn)換的灰度圖像；03的二維碼圖標(biāo)中確定了三個(gè)定位塊；04所標(biāo)注的二維碼確定了兩個(gè)對(duì)角的定位塊；05中確定了兩個(gè)在圖中位置較為靠上的定位塊分別為主定位塊和輔助定位塊，其中左側(cè)的在兩個(gè)定位塊中間的為主定位塊，正上方的輔助定位塊；06中箭頭的方向?yàn)槎S碼的正方向。
[0073]此處需要說明的是，工業(yè)相機(jī)在獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像時(shí)，當(dāng)軌跡有偏斜時(shí)，在所獲取的場景圖像中包含的二維碼可能具有一定的傾斜角度。一般可認(rèn)為圖像的上方為圖像的正方向，也即圖3中每個(gè)二維碼圖像的垂直向上的方向?yàn)樗趫D像的正方向。
[0074]步驟S500，根據(jù)第一距離L、二維向量(A，B)與二維碼的正方向之間的夾角及二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到所述灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)，包括以下步驟:
[0075]S510，對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，獲取單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理距離。包括單個(gè)像素點(diǎn)的水平方向與垂直方向所代表的實(shí)際物理距離。
[0076]S520，根據(jù)單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理距離確定所述第一距離對(duì)應(yīng)的第一實(shí)際距離。此處需要說明的是，確定的二維碼的中心點(diǎn)與灰度圖像的中心點(diǎn)之間的第一距離L是以像素點(diǎn)為單位的，并且對(duì)所述第一距離進(jìn)行取整處理，從而確定兩個(gè)點(diǎn)之間的像素差。而根據(jù)工業(yè)相機(jī)和二維碼標(biāo)簽之間的距離，獲取的二維碼的圖標(biāo)的大小可以確定當(dāng)前獲取的場景圖像中的單個(gè)像素點(diǎn)所代表的實(shí)際物理距離，并能夠依此進(jìn)一步確定第一距離所表征的實(shí)際距離。
[0077]S530，根據(jù)中心點(diǎn)坐標(biāo)、第一實(shí)際距離及二維碼的中心點(diǎn)和灰度圖像的中心點(diǎn)構(gòu)成的二維向量與所述二維碼的正方向之間的夾角，確定所述灰度圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)。從而也就確定了移動(dòng)機(jī)器人的位置。整個(gè)算法簡單易行，需要采集的參數(shù)少，計(jì)算效率高，從而提高定位的速度。同時(shí)，通過角度偏差及像素點(diǎn)距離進(jìn)行位置確定定位精度高。
[0078]具體的，如圖4所示，圖中坐標(biāo)系的原點(diǎn)為二維碼的中心點(diǎn)，圖中的實(shí)心圓為灰度圖像的中心點(diǎn)，圖中斜向下的箭頭方向?yàn)槎S碼的正方向，二維碼的中心點(diǎn)和灰度圖像的中心點(diǎn)構(gòu)成的二維向量與所述二維碼的正方向之間的夾角為α。若二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)為(X，y)，灰度圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)為(X，Y)，像素點(diǎn)長度在橫縱坐標(biāo)軸的方向上與實(shí)際物理距離的比例均為u,則可以得到:X = x+LXsinO -α ) Xu,Y = y+LXcosO -α ) Xu,從而確定了灰度圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0079]較佳地，可將工業(yè)相機(jī)安裝在移動(dòng)機(jī)器人車體的前端，并將獲取的場景圖像的正方向與移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)方向相配套，如設(shè)定獲取的場景圖像的正方向與移動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)的方向相同。
[0080]當(dāng)然，要實(shí)施本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，需要提前在移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)場景中設(shè)置二維碼標(biāo)簽。對(duì)于二維碼標(biāo)簽的設(shè)置可布設(shè)為如圖5所示的矩陣形式。且可以布設(shè)在墻體或者房頂?shù)任恢茫?dāng)然工業(yè)相機(jī)在移動(dòng)機(jī)器人上的安裝位置要和二維碼標(biāo)簽的布設(shè)位置相互匹配。要保證工業(yè)相機(jī)獲取的每幀圖像中至少有一個(gè)二維碼標(biāo)簽。所述二維碼標(biāo)簽就是單個(gè)的二維碼圖標(biāo)。
[0081]同時(shí)，本發(fā)明還提供一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，采用上述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行定位，從而能夠?qū)C(jī)器人在面內(nèi)的移動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)航。
[0082]在其中一個(gè)實(shí)施例的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)中，如圖6所示，包括安裝有工業(yè)相機(jī)100的移動(dòng)機(jī)器人200、設(shè)置在預(yù)設(shè)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)場景中的多個(gè)二維碼標(biāo)簽(二維碼標(biāo)簽組300)及上位機(jī)400。其中:工業(yè)相機(jī)100與上位機(jī)400通訊連接，能夠獲取包含所述二維碼標(biāo)簽的場景圖像，并將所述場景圖像傳輸給上位機(jī)40。上位機(jī)400能夠采用前述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，通過分析場景圖像確定移動(dòng)機(jī)器人200的位置。
[0083]本系統(tǒng)能夠?qū)υ诿鎯?nèi)移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行定位，確定移動(dòng)機(jī)器人的精確位置，從而可以更準(zhǔn)確的機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航。且本系統(tǒng)的硬件構(gòu)成簡單，只需要將工業(yè)相機(jī)安裝在移動(dòng)機(jī)器人的合適位置即可。所述上位機(jī)可采用普通的具有計(jì)算功能的設(shè)備，如一般的計(jì)算機(jī)，或者能夠?qū)D像進(jìn)行處理的單片機(jī)等。而工業(yè)相機(jī)的位置可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行場景的不同設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人的頂部或者下部，結(jié)合其他的導(dǎo)航方式可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的靈活運(yùn)動(dòng)方式。
[0084]對(duì)于二維碼標(biāo)簽的設(shè)置，如前所述，可以布設(shè)在墻體或者房頂?shù)任恢?，其中，在房頂出布設(shè)二維碼標(biāo)簽，并使用工業(yè)相機(jī)獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像如圖7所示(圖中只示出了工業(yè)相機(jī)100和房頂圖像)。
[0085]較佳地，在其他實(shí)施例中，還可以設(shè)置與工業(yè)相機(jī)100相配套的LED光源。LED光源也安裝在所述移動(dòng)機(jī)器人上，一般與工業(yè)相機(jī)100的位置較近，以便工業(yè)相機(jī)能夠獲取更加清晰的場景圖像。
[0086]其中，安裝在移動(dòng)機(jī)器人200上的工業(yè)相機(jī)100可以為USB接口攝像頭、1394接口攝像頭、網(wǎng)口通訊攝像頭或者網(wǎng)絡(luò)攝像頭?？筛鶕?jù)上位機(jī)的接口及成本需求選擇合適的工業(yè)相機(jī)100，只要能夠完成獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像，并能提取出二維碼標(biāo)簽即可。
[0087]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 獲取移動(dòng)機(jī)器人所在場景內(nèi)的場景圖像，并將所述場景圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像； 從所述灰度圖像中獲取二維碼，并獲取所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)及所述二維碼的正方向； 計(jì)算所述二維碼的中心點(diǎn)和所述灰度圖像的中心點(diǎn)構(gòu)成的二維向量與所述二維碼的正方向之間的夾角； 計(jì)算所述二維碼的中心點(diǎn)與所述灰度圖像的中心點(diǎn)之間的第一距離； 根據(jù)所述第一距離、所述夾角及所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到所述灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)作為所述移動(dòng)機(jī)器人的位置坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，還包括以下步驟: 計(jì)算所述灰度圖像的正方向和所述二維碼的正方向之間的夾角作為所述移動(dòng)機(jī)器人的偏航角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，所述從所述灰度圖像中獲取二維碼，包括以下步驟: 對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測； 構(gòu)造矩形結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)單元結(jié)構(gòu)對(duì)所述灰度圖像的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行膨脹操作，得到膨脹結(jié)果; 根據(jù)所述膨脹結(jié)果對(duì)所述灰度圖像的邊緣進(jìn)行輪廓查找，得到所述灰度圖像的原始輪廓； 利用預(yù)設(shè)數(shù)量頂點(diǎn)的包絡(luò)線對(duì)所述原始輪廓進(jìn)行擬合，得到擬合后的多個(gè)輪廓區(qū)域； 對(duì)所得到的輪廓區(qū)域進(jìn)行基于邊數(shù)及區(qū)域大小過濾，得到二維碼輪廓區(qū)域； 對(duì)所述二維碼輪廓區(qū)域進(jìn)行子圖切割，并對(duì)得到的子圖進(jìn)行全局閾值的二值化操作，得到二維碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，獲取所述二維碼的正方向包括以下步驟: 設(shè)置歐拉參數(shù)，確定所述二維碼的3個(gè)定位塊，并確定主定位塊； 根據(jù)所述主定位塊及第一象限假設(shè)確定輔助定位塊； 確定所述主定位塊和所述輔助定位塊之間的區(qū)域質(zhì)心連線，并確定所述二維碼的中心點(diǎn)在所述區(qū)域質(zhì)心連線上的投影點(diǎn)； 確定所述二維碼的中心點(diǎn)到所述投影點(diǎn)的方向?yàn)樗龆S碼的正方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，根據(jù)所述第一距離、所述夾角及所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到所述灰度圖像的中心點(diǎn)的坐標(biāo)，包括以下步驟: 對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，獲取單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理距離； 根據(jù)單個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理距離確定所述第一距離對(duì)應(yīng)的第一實(shí)際距離； 根據(jù)所述中心點(diǎn)坐標(biāo)、所述第一實(shí)際距離及所述夾角確定所述灰度圖像中心點(diǎn)的坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，通過對(duì)所述二維碼進(jìn)行解析獲取所述二維碼的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作為所述二維碼的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的移動(dòng)機(jī)器人定位方法，其特征在于，還包括在預(yù)設(shè)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)場景中設(shè)置二維碼標(biāo)簽的步驟。
8.一種移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝有工業(yè)相機(jī)的移動(dòng)機(jī)器人、設(shè)置在預(yù)設(shè)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)場景中的多個(gè)二維碼標(biāo)簽及上位機(jī)，其中: 所述工業(yè)相機(jī)與上位機(jī)通訊連接，能夠獲取包含所述二維碼標(biāo)簽的場景圖像，并將所述場景圖像傳輸給所述上位機(jī)； 所述上位機(jī)能夠通過分析所述場景圖像確定所述移動(dòng)機(jī)器人的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述工業(yè)相機(jī)配套設(shè)置的LED光源，所述LED光源也安裝在所述移動(dòng)機(jī)器人上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的移動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)相機(jī)為USB接口攝像頭、1394接口攝像頭、網(wǎng)口通訊攝像頭或者網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
【文檔編號(hào)】G01C11/04GK104197899SQ201410493517
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】張承寧, 夏慶華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所