CN106708051B - 基于二维码的导航系统和方法、导航标记物及导航控制器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于二维码的导航系统，其包括：多个导航标记、配备有相对导航装置和摄像头的自动引导车以及控制器，其中控制器接收摄像头所采集的导航标记的图像并识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。本申请还公开了相应的导航方法、导航标记物和控制器。根据本发明，大幅提高了基于二维码的导航系统和方法的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明总体地涉及移动机器人导航领域；更具体地，涉及基于二维码的机器人导航技术。
背景技术
基于阵列式二维码的视觉导航可与相对导航进行组合，凭借其良好的互补性和自主性逐渐成为导航领域的重要发展方向和极具发展前景的导航技术。
阵列式二维码导航系统通常包括在导航区域内铺设的均匀或非均匀的二维码阵列，每个二维码存储该二维码所在位置的地面坐标信息或与该地面坐标信息一一对应的对应信息(通过对应信息，可解算或查找出对应的坐标信息)。自动引导车(Automated GuidedVehicle,AGV)通过摄像头对二维码进行读取和识别，综合二维码编码信息和其在图像中的位置信息，可以对AGV小车进行准确的绝对定位。该视觉导航获得的绝对定位可以用于对相对导航进行校准，从而消除或至少减小相对导航由于漂移引入的导航误差。
基于二维码的导航方式较为适合在无人环境中使用。而在有人的环境中，人员行走会污染、损坏二维码，从而可能导致二维码识别失败，影响组合导航系统的稳定运行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提高导航系统和方法的鲁棒性。
根据本发明的第一方面，提供一种基于二维码的导航系统，其包括：设置在预定的导航区域中的多个导航标记，所述多个导航标记布置成阵列，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者；自动引导车，配备有相对导航装置和摄像头，当所述自动引导车在所述导航区域中相继地经过导航标记上方时，所述摄像头采集自动引导车所经过的导航标记的图像，所述相对导航装置检测所述自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；以及控制器，其接收来自所述摄像头和相对导航装置的信息，确定导航用基准方向和当前导航标记的位置，并基于所述导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶，其中，所述控制器接收所述摄像头所采集的导航标记的图像并识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。
根据本发明的第二方面，提供一种基于二维码的导航方法，该方法用于在具有布置成阵列的多个导航标记的导航区域中对自动引导车进行导航，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述自动引导车设置有相对导航装置和摄像头，所述方法包括以下处理：当自动引导车在所述导航区域中相继地经过导航标记上方时，通过所述相对导航装置检测自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；当自动引导车经过当前导航标记上方时，通过所述摄像头采集当前导航标记的图像；识别所述图像，并且当识别出当前导航标记包括二维码时，基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出当前导航标记不包括二维码时，基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置；以及基于所确定的导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶。
根据本发明的第三方面，提供一种用于自动引导车导航的导航标记物，其包括设置在预定的导航区域中的多个导航标记，所述多个导航标记布置成阵列并且包括至少一个二维码和至少一个辅助图形标记，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者。
根据本发明的第四方面，提供一种导航控制器，用于在具有布置成阵列的多个导航标记的导航区域中对自动引导车进行导航，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述导航控制器包括：接收单元，用于接收自动引导车上的摄像头采集的导航标记的图像，以及接收自动引导车上的相对导航装置检测的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；计算单元，其基于导航标记的图像识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置；和控制单元，其基于所述导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的导航系统的示意图；
图2示出了可应用于图1所示导航系统的导航标记物的第一实施例；
图3为图2所示的辅助图形标记的多种变型的示意图；
图4为可应用于图1所示导航系统的根据本发明实施例的导航方法的示意框图；
图5示出了可应用于图1所示导航系统的导航标记物的第二实施例；
图6为图5所示的辅助图像标记的多种变型的示意图；
图7示出了可应用于图1所示导航系统的导航标记物的第三实施例；
图8示出了图7所示导航标记物的一种变型。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了根据本发明实施例的导航系统。如图1所示，根据本发明实施例的导航系统为基于二维码的导航系统，其包括设置在预定导航区域中的多个导航标记10、通过导航在该导航区域中行驶的自动引导车(AGV)20、以及控制器30。
多个导航标记10布置成阵列。而且，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者(图1中未示出)，这将在后面更加详细地介绍。每个二维码存储该二维码所在位置的位置信息(绝对位置)或与该位置信息一一对应的对应信息(通过对应信息，可解算或查找出对应的位置信息)。
图1中仅示出了一个自动引导车20，但是实际应用中通常是采用多个自动引导车20，根据本发明实施例的导航系统在这方面不受限制。如图所示，自动引导车20设置有摄像头21和相对导航装置22。摄像头21用于在自动引导车20经过导航标记10的上方时，拍摄导航标记10的图像。相对导航装置22可以为惯性导航系统(如陀螺仪)、里程计(如编码器、视觉里程计)或者任何其他适合于检测相对位置和姿态变化的装置，或前者的任意组合。当自动引导车20从一个导航标记行驶到下一个导航标记时，相对导航装置22检测自动引导车20在两个导航标记之间的位移和行驶方向。
控制器30在图1中示出为独立于自动引导车20设置。例如控制器30本身可以实现为控制台，可以与多个自动引导车20无线通信连接并控制该多个自动引导车的行驶。然而，本发明并不限于此。例如在一些实施例中，控制器30也可以实现为自动引导车20的一部分，即安装在自动引导车20上。这种情况下，还可以另外设置总控制台，例如用于多个自动引导车20之间的协调或任务调度。此外，在另一些实施例中，控制器30也可以是分布式实现的，即控制器30的一部分可以安装在自动引导车20上，其余部分集成在总控制台中。
导航系统运行时，控制器30接收摄像头21采集的导航标记的图像并识别导航标记。当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及相对导航装置22检测到的自动引导车20从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。
控制器30(导航控制器)可以实现为包括接收单元、计算单元和控制单元(图中未示出)。接收单元用于接收自动引导车20上的摄像头21采集的导航标记的图像，以及接收自动引导车20上的相对导航装置22检测的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向。计算单元基于导航标记10的图像识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码11时，其基于该二维码11确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记12(或下文中介绍的辅助图形标记12a)确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及相对导航装置22检测到的自动引导车20从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。控制单元基于导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车20的行驶。
下面结合图2至4更加详细地介绍导航系统的运行。
首先，参见图2，图2示出了可应用于图1所示导航系统的导航标记物的第一实施例。该导航标记物包括设置在预定的导航区域中的多个导航标记10(10a、10b、10c)，多个导航标记10布置成阵列。如图2所示，该导航标记物包括了不同的导航标记，其中导航标记10a由二维码11单独构成，导航标记10b由二维码11和设置在二维码11周边的辅助图形标记12一起构成，而导航标记10c由辅助图形标记12单独构成。可以看到，每一个导航标记10包括二维码11和辅助图形标记12中的至少一个。
尽管图2示出上述导航标记10是均匀布置的，但是它们也可以是非均匀布置的。例如在有些相邻的行或列之间的间距可以是另一些相邻的行或列之间间距的若干倍。这可以根据使用导航系统的具体应用场景来设计，而本发明在这方面并不受限制。
上述二维码11中均包含了二维码所在位置的位置信息(绝对位置信息)或用于指引查询该位置信息的对应信息。
图2所示的辅助图形标记12为“L”形的边框。图3示出了辅助图形标记12的多种变型，例如呈直角三角形布置的三个图标构成的图形以及一条边设置有特殊标志(图3中示例性地示出为小黑框组成的“刘海”)的方框。
上述辅助图形标记12具有明确的正方向。例如，可以定义上述“L”形辅助图形标记12两条垂直相交的直线交点为极点，以x轴正方向为极轴建立极坐标系；在此基础上，上述“L”形辅助图形标记12则与二维码类似，可以提供相对角度信息的参考基准。更具体地，根据“L”形中两个臂的顺时针和逆时针角度关系，这样的辅助图形标记能够区分出两个臂所指示的方向，即具有明确的正方向。
这样的辅助图形标记12可以用于指示导航用基准方向。在图2所示示例中，当导航用基准方向预先设定为水平方向时，辅助图像标记12的“L”形中相对于另一个臂处于顺时针90度位置的臂指示出该导航用基准方向。图2和图3仅为示例，本发明意图覆盖所有适合与二维码组合使用和/或单独使用的能够指示出导航用基准方向的辅助图形标记12。
对于导航标记10b，当其中的二维码11由于例如人员行走而被污染或损坏时，辅助图形标记12可以用于指示导航用基准方向。导航标记10c以辅助图形标记12完全地替代了二维码11，可以使用在二维码特别容易受到污染或损坏的位置。可以看到，辅助图形标记12能够在依赖于二维码11的导航失效的时候，起到辅助导航的作用，保持导航的准确性和效率，提高了导航系统的鲁棒性。
相比于二维码的精细图形，辅助图形标记12图形简单，可以用较低的分辨率进行识别。这也提高了导航系统的鲁棒性。
另外，辅助图形标记12优选通过喷涂或涂敷的方式来设置。这样，相比于贴附在地面的设置方式，能够使辅助图形标记12更加经久耐用，不易损坏。
应该理解，尽管图2中示出的导航标记物中包括了三种导航标记10a、10b、10c，但是本发明并不限于此。例如，导航标记物可以包括导航标记10a与导航标记10b和10c中的仅仅一者的组合，或者可以包括导航标记10b与10c的组合，或者导航标记物中的所有导航标记可以都采用导航标记10b。换句话说，根据本发明实施例的导航标记物中的多个导航标记包括至少一个二维码和至少一个辅助图形标记，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者。
接下来，参见图4，图4为可应用于图1所示导航系统的根据本发明实施例的导航方法的示意框图。以下结合图2所示的根据第一实施例的导航标记物来介绍该导航方法。
如图4所示，在处理510中，当自动引导车20在导航区域中相继地经过导航标记10上方时，通过相对导航装置22检测自动引导车20从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向。
举例来说，自动引导车20在经过导航标记10时，可以如下计算从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向(角度)：自前一个导航标记10起，自动引导车20的相对导航装置22(包括编码器和陀螺仪)开始估计自动引导车20的相对位姿。假设自动引导车20在上一个导航标记10上的全局坐标系下的位姿为(x0,y0,theta0),然后自动引导车开始运动前往当前导航标记，根据自动引导车的运动学模型计算自动引导车的最终相对姿态为(delta_x,delta_y,delta_theta),则当前导航标记的位置为(x0+delta_x,y0+delta_y),且自动引导车20当前的行驶方向(角度)为theta0+delta_theta。
接着，当自动引导车20经过当前导航标记10上方时，通过摄像头10采集当前导航标记10的图像，此即处理520。
接下来，进入处理530，其中控制器30接收所述图像，识别导航标记10，并判断该导航标记10是否包括二维码11。
当识别出当前导航标记10包括二维码11时，进入处理540，从而基于该二维码11确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置。
当识别出当前导航标10记不包括二维码11时，进入处理550，即：基于当前导航标记10中的辅助图形12标记确定导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及相对导航装置22检测到的自动引导车20从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。
处理540和处理550之后都进入处理560，即：基于所确定的导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制器30控制自动引导车20的行驶。
对于处理530，以图2中所示的导航标记10a、10b和10c为例，在当前导航标记为导航标记10a或导航标记10b时，如果其中的二维码11没有被污染或损坏，控制器30识别出二维码11，并进入处理540。如果当前导航标记中的二维码11受到污染或损坏，则控制器30可能无法识别二维码11而判断当前导航标记不包括二维码。这种情况下，在一些示例中，导航标记10a的导航作用就丧失了(然而本发明并不限于此，无法被识别的二维码也可以为视为辅助图形标记，这将在后面结合图5和图6详细说明)；而导航标记10b由于其还包括了辅助图形标记12，因此导航进入处理550，从而提高了导航的鲁棒性。在当前导航标记为导航标记10c时，控制器30识别为不包括二维码，从而导航进入处理550。
处理540可以采用现有的或以后开发的能够基于二维码确定基准方向和当前导航标记位置的任何适合的方法，而本发明在这方面不受限制，因此在此不再赘述。
对于处理550，如果结合使用例如图2、图3所示的能够指示导航用基准方向的辅助图形标记12，则仅仅基于当前导航标记10中的辅助图形标记12即能够确定导航用基准方向。
与此同时，处理550中，为了确定当前导航标记的位置，利用了相对导航装置22所检测到的从前一导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向。换句话说，导航系统可以通过识别辅助图形标记12实现相对定位。与二维码11相比，辅助图形标记12不具有信息存储功能，但辅助图形标记12对应的位置信息可以通过该辅助图形标记12与周围二维码11的相对位置关系计算得到。例如，如果相对导航装置22检测到自动引导车20从位置坐标为[100,100]的前一导航标记10从左向右(假设沿x轴正方向)行驶到当前导航标记10发生的相对位移为[1,0]，则可以计算当前导航标记的位置信息，即：[x,y]＝[100,100]+[1,0]＝[101,100]。即使相对导航装置22存在误差，但是由于导航标记10的准确位置分布是已知的，所以可以通过利用该准确位置校正上述计算结果，从而获得准确的导航用位置信息。
由于二维码11本身通常具有方形外形，所以在根据本发明实施例的导航系统和方法中，当二维码11被污染或损坏而无法识别时，例如在处理530中判断当前导航标记不包括二维码时，在处理550中可以将二维码本身视为辅助图形标记12a。
以上结合图2、图3示出的导航标记物介绍了根据本发明实施例的导航系统和导航方法。本发明的导航系统和导航方法并不限于采用上述具有明确正方向指向的辅助图形标记，而是还可以采用未作区分地指示出至少两个方向的图形。
例如，参见图5，图5示出了可应用于图1所示导航系统的导航标记物的第二实施例。图5所示的导航标记物与图2所示的导航标记物基本上相同，以下重点介绍不同之处。如图5所示，导航标记10d由方框形式的辅助图形标记12a构成。
图6示出了图5所示的辅助图像标记12a的多种变型，包括实心正方形、虚线线条的方框、非封闭的方框、六边形、五边形。图5和图6仅为示例，本发明并不限于这些辅助图形标记12a的具体形状，例如还可以为交叉十字。
当根据本发明实施例的导航系统和导航方法结合诸如图5和图6所示的没有明确正方向的辅助图形标记12a使用时，对于处理510至530、处理540和处理560，可以与以上结合图4所介绍的导航系统和导航方法中的相应处理一样。
对于处理550，当前导航标记位置的计算与上述具有明确正方向的辅助图形标记12的情形一致。
不同的是，结合使用辅助图形标记12a时，处理550中，基于辅助图形标记确定基准方向为基于辅助图形标记以及相对导航装置22检测到的自动引导车20从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向。在一些示例中，这可以包括：根据相对导航装置22检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及将辅助图形标记12a所指示的方向与导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。以图5所示方框形辅助图形标记12a为例，控制器可以识别出方框的两个相互垂直的边的方向，判断其中哪个方向落入导航用基准方向的可能范围，并以该落入范围的方向作为导航用基准方向。这样实现了利用辅助图形标记12a校正相对导航的漂移误差的作用，提高了导航的准确性。
此外，尽管图2、3所示的辅助图形标记12具有明确的正方向，但是结合使用这样的辅助图形标记的时候，也可以采用与使用辅助图形标记12a同样的导航方法，特别是处理550的具体实现方法。
而且，应该理解，具有明确正方向的辅助图形标记12与不具有明确正方向的辅助图形标记12a可以组合在一起使用。相应的导航方法也可以组合上述介绍的不同的处理550具体实现方法。
根据本发明实施例的导航系统和导航方法还可以采用图7所示的导航标记物，图7示出了导航标记物的第三实施例。在本实施例中，导航标记物增加设置了沿着设置在两个相邻的导航标记之间的至少一条导引线15，用于引导自动引导车20的行驶。导引线15可以为例如寻色带或地磁线。利用导引线进行的巡线导航是已有的导航方式，其具体实现方式在此不再赘述。根据本发明实施例的导航系统和导航方法通过将巡线导航与基于二维码的导航方式结合，进一步提高了导航的准确性和鲁棒性。
图7中示出导引线15设置在仅由辅助图形标记12构成的导航标记与相邻导航标记之间，但是本发明并不限于此。导引现15可以设置在任意相邻的导航标记之间以提高导航的准确性和鲁棒性。例如，图8示出了图7所示导航标记物的一种变型。另外，图7和图8仅示出沿一个方向的导引线15，导引线15还可以布置在交叉的两个方向上，例如形成十字形交叉。这种情况下，十字交叉部分也可以视为辅助图形标记12a。
综合以上介绍，本申请提供了：
(1)一种基于二维码的导航系统，包括：
设置在预定的导航区域中的多个导航标记，所述多个导航标记布置成阵列，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者；
自动引导车，配备有相对导航装置和摄像头，当所述自动引导车在所述导航区域中相继地经过导航标记上方时，所述摄像头采集自动引导车所经过的导航标记的图像，所述相对导航装置检测所述自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；以及
控制器，其接收来自所述摄像头和相对导航装置的信息，确定导航用基准方向和当前导航标记的位置，并基于所述导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶，
其中，所述控制器接收所述摄像头所采集的导航标记的图像并识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。
(2)如第(1)项所述的导航系统，其中，当导航标记中的二维码不能被正确识别时，所述控制器将所述导航标记识别为不包括二维码。
(3)如第(2)项所述的导航系统，其中，当二维码不能被正确识别时，所述控制器将所述二维码识别为辅助图形标记。
(4)如第(1)项所述的导航系统，其中，至少一个所述导航标记包括二维码和设置在该二维码周边的辅助图形标记。
(5)如第(4)项所述的导航系统，其中，所述设置在二维码周边的辅助图形标记包括“L”形线条图形、布置于直角三角形顶点位置的三个图标构成的图形或围绕所述二维码的方形边框中的任一种。
(6)如第(1)项所述的导航系统，其中，至少一个所述导航标记仅包括辅助图形标记。
(7)如第(6)项所述的导航系统，其中，所述至少一个导航标记中的辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、多边形图形、和“十”字图形中的任一种。
(8)如第(6)项所述的导航系统，还包括设置在所述至少一个导航标记和与之相邻的至少另一个导航标记之间的导引线。
(9)如第(8)项所述的导航系统，其中，所述导引线由色带或者地磁线构成。
(10)如第(1)项所述的导航系统，其中，至少一个所述辅助图形标记包括指示出所述导航用基准方向的图形。
(11)如第(10)项所述的导航系统，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、以及五边形中的任一种。
(12)如第(1)项所述的导航系统，其中，至少一个所述辅助图形标记包括未作区分地指示出包括所述导航用基准方向的至少两个方向的图形。
(13)如第(12)项所述的导航系统，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“十”字图形、矩形、六边形中的任一种。
(14)如第(12)项所述的导航系统，其中，所述控制器进一步配置为，当识别出所述至少一个导航标记不包括二维码时，其基于该导航标记中的辅助图形标记以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到所述至少一个导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向。
(15)如第(14)项所述的导航系统，其中，所述基于该导航标记中的辅助图形标记以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到所述至少一个导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向包括：
根据所述相对导航装置检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及
将所述辅助图形标记所指示的所述至少两个方向与所述导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。
(16)如第(1)-(15)中任一项所述的导航系统，其中，所述辅助图形标记是通过喷涂或涂敷方式设置的。
(17)如第(1)-(15)中任一项所述的导航系统，其中，所述相对导航装置包括惯性导航装置和里程计中的任一种或它们的组合。
(18)如第(1)-(15)中任一项所述的导航系统，其中，所述控制器安装在所述自动引导车上。
(19)如第(1)-(15)中任一项所述的导航系统，其中，所述控制器与多个所述自动引导车无线通信连接并控制该多个自动引导车的行驶。
(20)如第(1)-(15)中任一项所述的导航系统，还包括总控制台，并且所述控制器的一部分安装在所述自动引导车上，其余部分集成在总控制台中。
(21)一种基于二维码的导航方法，用于在具有布置成阵列的多个导航标记的导航区域中对自动引导车进行导航，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述自动引导车设置有相对导航装置和摄像头，所述方法包括以下处理：
当自动引导车在所述导航区域中相继地经过导航标记上方时，通过所述相对导航装置检测自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；
当自动引导车经过当前导航标记上方时，通过所述摄像头采集当前导航标记的图像；
识别所述图像，并且当识别出当前导航标记包括二维码时，基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出当前导航标记不包括二维码时，基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置；以及
基于所确定的导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶。
(22)如第(21)项所述的导航方法，其中，当导航标记中的二维码不能被正确识别时，将所述导航标记识别为不包括二维码。
(23)如第(22)项所述的导航方法，其中，当二维码不能被正确识别时，将所述二维码识别为辅助图形标记。
(24)如第(21)项所述的导航方法，还包括沿着设置在两个相邻的导航标记之间的导引线引导所述自动引导车的行驶。
(25)如第(21)项所述的导航方法，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向为：仅基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向。
(26)如第(21)项所述的导航方法，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向为：基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向
(27)如第(26)项所述的导航方法，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向包括：
根据相对导航装置检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及
将所述辅助图形标记所指示的方向与所述导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。
(28)一种用于自动引导车导航的导航标记物，包括设置在预定的导航区域中的多个导航标记，所述多个导航标记布置成阵列并且包括至少一个二维码和至少一个辅助图形标记，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者。
(29)如第(28)项所述的导航标记物，其中，所述多个导航标记是非均匀布置的。
(30)如第(28)项所述的导航标记物，其中，至少一个所述导航标记包括二维码和设置在该二维码周边的辅助图形标记。
(31)如第(30)项所述的导航标记物，其中，所述设置在二维码周边的辅助图形标记包括“L”形线条图形、布置于直角三角形顶点位置的三个图标构成的图形或围绕所述二维码的方形边框中的任一种。
(32)如第(28)项所述的导航标记物，其中，至少一个所述导航标记仅包括辅助图形标记。
(33)如第(32)项所述的导航标记物，其中，所述至少一个导航标记中的辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、多边形图形、和“十”字图形中的任一种。
(34.如第(32所述的导航标记物，还包括设置在所述至少一个导航标记和与之相邻的至少另一个导航标记之间的导引线。
(35)如第(34)项所述的导航标记物，其中，所述导引线由色带或者地磁线构成。
(36)如第(28)项所述的导航标记物，其中，至少一个所述辅助图形标记包括指示出所述导航用基准方向的图形。
(37)如第(36)项所述的导航标记物，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、以及五边形中的任一种。
(38.如第(28)项所述的导航标记物，其中，至少一个所述辅助图形标记包括未作区分地指示出包括所述导航用基准方向的至少两个方向的图形。
(39.如第(38)项所述的导航标记物，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“十”字图形、矩形、六边形中的任一种。
(40)如第(28)-(39)中任一项所述的导航标记物，其中，所述辅助图形标记是通过喷涂或涂敷方式设置的。
(41)一种导航控制器，用于在具有布置成阵列的多个导航标记的导航区域中对自动引导车进行导航，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述导航控制器包括：
接收单元，用于接收自动引导车上的摄像头采集的导航标记的图像，以及接收自动引导车上的相对导航装置检测的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；
计算单元，其基于导航标记的图像识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置；和
控制单元，其基于所述导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶。
(42)如第(41)项所述的导航控制器，其中，当导航标记中的二维码不能被正确识别时，所述导航控制器将所述导航标记识别为不包括二维码。
(43)如第(42)项所述的导航控制器，其中，当二维码不能被正确识别时，所述控制器将所述二维码识别为辅助图形标记。
(44)如第(41)项所述的导航控制器，其中，所述控制单元还配置为沿着设置在两个相邻的导航标记之间的导引线引导所述自动引导车的行驶。
(45)如第(41)项所述的导航控制器，其中，所述计算单元还配置为：当识别出所述导航标记不包括二维码时，基于仅仅当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向。
(46)如第(45)项所述的导航控制器，其中，所述计算单元还配置为：当识别出所述导航标记不包括二维码时，基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向
(47)如第(46)项所述的导航控制器，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向包括：
根据相对导航装置检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及
将所述辅助图形标记所指示的方向与所述导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。
综上，根据本发明实施例的导航系统、导航方法、导航标记物以及导航控制器，大幅提高了基于二维码导航的鲁棒性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (46)
1.一种基于二维码的导航系统，包括：
设置在预定的导航区域中的多个导航标记，所述多个导航标记布置成阵列，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者；
自动引导车，配备有相对导航装置和摄像头，当所述自动引导车在所述导航区域中相继地经过导航标记上方时，所述摄像头采集自动引导车所经过的导航标记的图像，所述相对导航装置检测所述自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；以及
控制器，其接收来自所述摄像头和相对导航装置的信息，确定导航用基准方向和当前导航标记的位置，并基于所述导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶，
其中，所述控制器接收所述摄像头所采集的导航标记的图像并识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置，
其中，至少一个所述辅助图形标记包括指示出所述导航用基准方向的图形。
2.如权利要求1所述的导航系统，其中，当导航标记中的二维码不能被正确识别时，所述控制器将所述导航标记识别为不包括二维码。
3.如权利要求2所述的导航系统，其中，当二维码不能被正确识别时，所述控制器将所述二维码识别为辅助图形标记。
4.如权利要求1所述的导航系统，其中，至少一个所述导航标记包括二维码和设置在该二维码周边的辅助图形标记。
5.如权利要求4所述的导航系统，其中，所述设置在二维码周边的辅助图形标记包括“L”形线条图形、布置于直角三角形顶点位置的三个图标构成的图形或围绕所述二维码的方形边框中的任一种。
6.如权利要求1所述的导航系统，其中，至少一个所述导航标记仅包括辅助图形标记。
7.如权利要求6所述的导航系统，其中，所述至少一个导航标记中的辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、多边形图形、和“十”字图形中的任一种。
8.如权利要求6所述的导航系统，还包括设置在所述至少一个导航标记和与之相邻的至少另一个导航标记之间的导引线。
9.如权利要求8所述的导航系统，其中，所述导引线由色带或者地磁线构成。
10.如权利要求1所述的导航系统，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、以及五边形中的任一种。
11.如权利要求1所述的导航系统，其中，至少一个所述辅助图形标记包括未作区分地指示出包括所述导航用基准方向的至少两个方向的图形。
12.如权利要求11所述的导航系统，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“十”字图形、矩形、六边形中的任一种。
13.如权利要求11所述的导航系统，其中，所述控制器进一步配置为，当识别出所述至少一个导航标记不包括二维码时，其基于该导航标记中的辅助图形标记以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到所述至少一个导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向。
14.如权利要求13所述的导航系统，其中，所述基于该导航标记中的辅助图形标记以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到所述至少一个导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向包括：
根据所述相对导航装置检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及
将所述辅助图形标记所指示的所述至少两个方向与所述导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。
15.如权利要求1-14中任一项所述的导航系统，其中，所述辅助图形标记是通过喷涂或涂敷方式设置的。
16.如权利要求1-14中任一项所述的导航系统，其中，所述相对导航装置包括惯性导航装置和里程计中的任一种或它们的组合。
17.如权利要求1-14中任一项所述的导航系统，其中，所述控制器安装在所述自动引导车上。
18.如权利要求1-14中任一项所述的导航系统，其中，所述控制器与多个所述自动引导车无线通信连接并控制多个所述自动引导车的行驶。
19.如权利要求1-14中任一项所述的导航系统，还包括总控制台，并且所述控制器的一部分安装在所述自动引导车上，其余部分集成在总控制台中。
20.一种基于二维码的导航方法，用于在具有布置成阵列的多个导航标记的导航区域中对自动引导车进行导航，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述自动引导车设置有相对导航装置和摄像头，所述方法包括以下处理：
当自动引导车在所述导航区域中相继地经过导航标记上方时，通过所述相对导航装置检测自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；
当自动引导车经过当前导航标记上方时，通过所述摄像头采集当前导航标记的图像；
识别所述图像，并且当识别出当前导航标记包括二维码时，基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出当前导航标记不包括二维码时，基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置；以及
基于所确定的导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶。
21.如权利要求20所述的导航方法，其中，当导航标记中的二维码不能被正确识别时，将所述导航标记识别为不包括二维码。
22.如权利要求21所述的导航方法，其中，当二维码不能被正确识别时，将所述二维码识别为辅助图形标记。
23.如权利要求20所述的导航方法，还包括沿着设置在两个相邻的导航标记之间的导引线引导所述自动引导车的行驶。
24.如权利要求20所述的导航方法，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向为：仅基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向。
25.如权利要求20所述的导航方法，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向为：基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向。
26.如权利要求25所述的导航方法，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向包括：
根据相对导航装置检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及
将所述辅助图形标记所指示的方向与所述导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。
27.一种用于自动引导车导航的导航标记物，包括设置在预定的导航区域中的多个导航标记，所述多个导航标记布置成阵列并且包括至少一个二维码和至少一个辅助图形标记，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述导航标记用于供自动引导车确定导航用基准方向和当前导航标记的位置，其中自动引导车接收其摄像头所采集的导航标记的图像并识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置。
28.如权利要求27所述的导航标记物，其中，所述多个导航标记是非均匀布置的。
29.如权利要求27所述的导航标记物，其中，至少一个所述导航标记包括二维码和设置在该二维码周边的辅助图形标记。
30.如权利要求29所述的导航标记物，其中，所述设置在二维码周边的辅助图形标记包括“L”形线条图形、布置于直角三角形顶点位置的三个图标构成的图形或围绕所述二维码的方形边框中的任一种。
31.如权利要求27所述的导航标记物，其中，至少一个所述导航标记仅包括辅助图形标记。
32.如权利要求31所述的导航标记物，其中，所述至少一个导航标记中的辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、多边形图形、和“十”字图形中的任一种。
33.如权利要求31所述的导航标记物，还包括设置在所述至少一个导航标记和与之相邻的至少另一个导航标记之间的导引线。
34.如权利要求33所述的导航标记物，其中，所述导引线由色带或者地磁线构成。
35.如权利要求27所述的导航标记物，其中，至少一个所述辅助图形标记包括指示出所述导航用基准方向的图形。
36.如权利要求35所述的导航标记物，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“L”形线条图形、呈直角三角形布置的三个图标构成的图形、以及五边形中的任一种。
37.如权利要求27所述的导航标记物，其中，至少一个所述辅助图形标记包括未作区分地指示出包括所述导航用基准方向的至少两个方向的图形。
38.如权利要求37所述的导航标记物，其中，所述至少一个辅助图形标记包括“十”字图形、矩形、六边形中的任一种。
39.如权利要求27-38中任一项所述的导航标记物，其中，所述辅助图形标记是通过喷涂或涂敷方式设置的。
40.一种导航控制器，用于在具有布置成阵列的多个导航标记的导航区域中对自动引导车进行导航，每一个导航标记包括二维码和辅助图形标记中的至少一者，所述导航控制器包括：
接收单元，用于接收自动引导车上的摄像头采集的导航标记的图像，以及接收自动引导车上的相对导航装置检测的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向；
计算单元，其基于导航标记的图像识别导航标记，当识别出当前导航标记包括二维码时，其基于该二维码确定导航用基准方向以及当前导航标记的位置；当识别出所述导航标记不包括二维码时，其基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向，并且基于前一个导航标记的位置以及所述相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的位移和行驶方向确定当前导航标记的位置；和
控制单元，其基于所述导航用基准方向和当前导航标记的位置，控制自动引导车的行驶。
41.如权利要求40所述的导航控制器，其中，当导航标记中的二维码不能被正确识别时，所述导航控制器将所述导航标记识别为不包括二维码。
42.如权利要求41所述的导航控制器，其中，当二维码不能被正确识别时，所述控制器将所述二维码识别为辅助图形标记。
43.如权利要求40所述的导航控制器，其中，所述控制单元还配置为沿着设置在两个相邻的导航标记之间的导引线引导所述自动引导车的行驶。
44.如权利要求40所述的导航控制器，其中，所述计算单元还配置为：当识别出所述导航标记不包括二维码时，仅基于当前导航标记中的辅助图形标记确定所述导航用基准方向。
45.如权利要求44所述的导航控制器，其中，所述计算单元还配置为：当识别出所述导航标记不包括二维码时，基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向。
46.如权利要求45所述的导航控制器，其中，所述基于当前导航标记中的辅助图形标记以及相对导航装置检测到的自动引导车从前一个导航标记到当前导航标记的行驶方向确定所述导航用基准方向包括：
根据相对导航装置检测到的行驶方向以及相对导航装置在检测行驶方向方面的名义误差范围，计算得到导航用基准方向的可能范围；以及
将所述辅助图形标记所指示的方向与所述导航用基准方向的可能范围比较，并将落入所述可能范围的一个方向确定为导航用基准方向。
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