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一种室内机器人视觉自主定位方法

阅读:162发布:2020-05-14

专利汇可以提供一种室内机器人视觉自主定位方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种室内 机器人 视觉自主 定位 方法,其包括一个室内机器人、一个数字 图像采集 单元、一个数字 图像处理 单元、一套四种 颜色 圆形标志点,其特征在于:机器人是数字图像采集单元与数字图像处理单元的载体,数字图像采集单元采集 天花 板上的四种颜色圆形标志点的数字图像信息,并将采集的数字图像信息发送给数字图像处理单元,数字图像处理单元根据数字图像采集单元获取的图像信息,分析标志点在成像平面上的相对 位置 ,利用四种颜色标志点的相对位置坐标,反向推导出室内机器人自身的位置信息与运动方向信息,进而将信息交给机器人。本 发明 的方法简单、操作方便、成本低廉。,下面是一种室内机器人视觉自主定位方法专利的具体信息内容。

1.一种室内机器人视觉自主定位方法,该方法涉及:一个室内机器人、一个数字图像采集单元、一个数字图像处理单元、一套四种颜色圆形标志点,其特征在于:一套4个四种颜色的圆形标志点固定在天花板上,作为室内机器人定位参考点使用,其中以对线方向两个标记点为一对,两个对角线交叉处设定为机器人定位的原点,四个标志点构成边长为L的正方形,在数字图像采集单元即摄像头视场角固定的情况下,L与室内房间的高度h和机器人运动的范围半径r有关,L为可调节量,以满足在任一位置,机器人都可以采集到至少两个标志点的位置信息;机器人是数字图像采集单元与数字图像处理单元的移动载体,数字图像采集单元即摄像头采集天花板上的四种颜色圆形标志点的数字图像信息,并将采集的数字图像信息发送给数字图像处理单元,数字图像处理单元根据数字图像采集单元获取图像信息,分析标志点在成像平面上的相对位置,利用四种颜色标志点的相对位置坐标,反向推导出室内机器人自身的位置信息与运动方向信息,进而将信息交给机器人;
所述反向推导出室内机器人自身的位置信息与运动方向信息方法的公式为:
其中xo与yo为机器人定位的原点,(xR,yR)、(xB,yB)、(xL,yL)、(xG,yG)分别为四种颜色标志点的位置坐标,那么机器人自身的位置像素坐标为:
图像的分辨率为W×H,W和H的单位分别为pix,那么对应到机器人可有效定位的平面空间大小为M×N,M和N的单位分别为cm,此时对应到机器人本身的位置坐标可表示为其中,W、H分别表示图像分辨率的X轴与Y轴最大值,M、N分别代表机器人可有效定位的平面的X轴与Y轴最大值,
设机器人向前方行走时拍摄到的方向为正方向,以四个标志点其中的一对,作为基准,那么机器人的运动方向可以表示为:

说明书全文

一种室内机器人视觉自主定位方法

技术领域

[0001] 本发明属于机器人视觉定位与导航技术领域,特别是一种室内机器人的自主定位的方法。

背景技术

[0002] 目前移动体定位问题是机器人控制的一个难点和热点问题,对于室外而言,有GPS作为定位手段可以满足一般的刚性需求,然后对于室内机器人,由于其定位精度要求高,定位难度相对增大,相对定位方法误差比较大或者造价比较高。一种室内移动体的自主定位方法是将数字摄像头采用上视的方式,固定在移动体上,构成数字图像采集单元,通过数字图像采集单元采集圆形标志点的图像信息,由数字图像处理单元进行处理得到标志点的位置坐标,从而间接判断移动体自身的位置坐标和运动方向。目前的视觉定位方式采用的全局定位的方式,利用视觉进行全局定位的方法在室内应用中相对比较广泛,但是视觉全局定位的方式相对而言需要独立的服务器进行信息处理,定位的实时性相对较差,对于要求较高的机器人尤其是多个机器人的实时定位不能满足。
[0003] 经过对现有文献的检索发现,中国专利申请号为:201110223572,名称为:机器鱼红外视觉定位系统,提供了一种基于红外摄像头采集机器人上面红外点信息进行定位的方法,是利用全局定位方式进行的处理,中国专利申请号为:200710051446,名称为:一种机器视觉定位方法,利用双摄像头图像拼接技术,实现更大范围的室内移动体定位问题,其本质上仍然是全局定位的一种方法。以上专利均未就室内移动的自主定位方法进行论述。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种不使用全局定位计算机、成本低的一种室内机器人视觉自主定位方法。本发明主要是在室内天花板上固定四种不同颜色的圆形标志点,最好四个圆形标志点排列组成正方形。通过室内机器人处理室内顶部四种不同颜色的标志点信息,得到机器人位置信息,进而反向获知机器人自身的位置信息和运动方向信息,从而为室内机器人的定位提供一种简便、易行、低成本的方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006] 本发明包括一个室内机器人、一个数字图像采集单元、一个数字图像处理单元和一套四种颜色圆形标志点,其中,室内机器人是定位主体,也是数字图像采集单元和数字图像处理单元的移动载体,数字图像采集单元为摄像头,其可采用任何摄像头,采集天花板上的圆形标志点;天花板上的圆形标志点共计4个,其作为室内机器人定位参考点使用,采用圆形标记点便于计算标记点中心坐标,其中以对线方向两个标志点为一对,两个对角线交叉处设定为机器人定位的原点,四个标志点构成边长为L的正方形,在摄像头视场角固定的情况下,L与室内房间的高度H和机器人运动的范围半径r有关,L为可调节量,以满足在任一位置,机器人都可以采集到至少两个标志点的位置信息;数字图像处理单元获取四种颜色标志点在数字图像采集单元成像平面上的位置,通过坐标的映射和变换,反向判断出机器人自身的位置信息和运动方向信息。其变换方法为:
[0007]
[0008] 其中xo与yo为机器人定位的原点,(xR,yR)、(xB,yB)、(xL,yL)、(xG,yG)分别为四种颜色标志点的位置坐标。那么机器人自身的位置像素坐标为:
[0009]
[0010] 图像的分辨率为W×H(pix),那么对应到机器人可有效定位的平面空间大小为M×N(cm),此时对应到机器人本身的位置坐标可表示为
[0011]
[0012] 其中,W、H分别表示图像分辨率的X轴与Y轴最大值,M、N分别代表机器人可有效定位的平面的X轴与Y轴最大值。设机器人向前方行走时拍摄到的方向为正方向,以四个标志点其中的一对,作为基准,那么机器人的运动方向可以表示为:
[0013]
[0014] 本发明的方法包括以下步骤:
[0015] 第一步,数字图像采集单元采集天花板上的四种颜色标志点信息,并将采集的数字图像信息发送给数字图像处理单元;
[0016] 第二步,数字图像处理单元根据数字图像采集单元获取的图像信息,分析标志点在成像平面上的相对位置;
[0017] 第三步,利用四种颜色标志点的相对位置坐标反向推导出室内机器人自身的运动方向和位置信息,进而将信息传给室内机器人。
[0018] 与现有的技术相比,本发明的有益效果是:1、采用室内机器人自主定位方式,不用使用全局定位计算机,降低室内定位成本,对于室内多个移动体而言,自主定位方式由于采用了多个处理器并行定位的方式,具有更高的实时性。2、方法简单、操作方便、成本低廉。附图说明
[0019] 图1是本发明组成的框图

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明的系统进一步描述:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方法和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实例。
[0021] 实施例
[0022] 在图1所示的一种室内机器人视觉自主定位方法的组成的框图中,包括一个室内机器人1,一个数字图像采集单元2,一个数字图像处理单元3,一套四种颜色圆形标记点4以及四种不同颜色的圆形标记I、II、III、IV。其中,室内机器人是数字图像采集单元与数字图像处理单元的移动载体,数字图像采集单元可以通过数字摄像头采集四种颜色圆形标记点的图像信息,数字图像处理单元处理通过数字图像采集单元采集的图像信息,获得四种颜色圆形标记点的每一种颜色I、II、III、IV的坐标位置,通过数字图像处理单元处理得出的四种颜色在成像平面的相对位置信息,反向推导出移动体目前的位置信息与运动方向信息。四种颜色圆形标记点固定在天花板上,排列成为正方形,保证至少两种颜色位于数字图像采集单元的视场范围内。系统安装完成,开始运行后,首先规定数字图像采集单元拍摄的方向为正方向,数字图像采集单元通过采集方向向上的CMOS数字摄像头开始采集四种颜色圆形标记点上的四个圆形标记点I、II、III、IV,采集完成后,数字图像采集单元将采集的图像信息发送给数字图像处理单元,数字图像处理单元对数字图像采集单元提供的成像信息进行处理,通过RGB颜色模型,给定阈值,得到四种颜色在成像平面的位置信息,根据四种颜色在成像平面的位置信息反向判断机器人自身的位置信息,并将机器人位置信息发送给机器人本身,供机器人自身控制使用。
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