CN106991909A - 一种用于空间定位的地面标识 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于空间定位的地面标识，包括核心区域和包围在核心区域四周的外围辅助区域，所述的核心区域边缘位置设置有定位标识，所述的外围辅助区域设置有指向核心区域中心的外围引导标识。本发明的有益效果是增加了冗余，即便标识有残缺遮挡也会被扫描，同时在偏离正常识别范围是可以通过扫描外围引导标识帮助回到核心区域。

Description

一种用于空间定位的地面标识
技术领域
本发明涉及“快速响应”码——即QR码的技术领域，具体涉及一种抗破损、大识别范围的用于空间定位的地面标识，可由摄像头识别从而纠正机器人或其他设备的空间位置。
背景技术
目前仓库机器人等设备的空间定位方法主要分为积分空间定位和全局空间定位两种。
1.积分空间定位：通过累加单位时间里机器人的位置移动，得到当前机器人的空间位置。已知方法有通过摄像头观测光流，以及通过计算轮子行进路程确定位置等。这种方法非常简便，但是随着时间的推移，误差会逐渐累积，导致定位错误。
2.全局空间定位：借助外界标志物，通过计算机器人和外界标志物的距离，确定机器人的空间位置。这种方法没有累积误差，但是词条等标志物会由于机器人在上面行走导致磨损，而磁钉结合FRID的安装成本高，不方便重新布置。在工业场景中，可以采用如QR码一类的视觉标识物。
QR码的“QR”是Quick Response的缩写。这种二维码能够快速读取，与之前的条形码相比，QR码能存储更丰富的信息，包括对文字、URL地址和其他类型的数据加密。公知的视觉标识物使用方法，存在以下问题：
A.视觉标识物需要被摄像头完整观察到，才能起到标志作用，在实际运用中，容易被遮挡、损坏，造成摄像头无法读取完整的视觉标识物。如图1所示，当视觉标识物的一部分被遮挡、损坏是，摄像头就无法识别此标识物。
B.一旦摄像头偏离了识别物的识别范围，就无法定位视觉识别物。这个问题频繁表现在设备处在手动控制和自动控制切换时，手动控制无法精确引导机器人进入标识物识别范围。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种抗破损、大识别范围的用于空间定位的地面标识。
为了达到上述目的，提供一种用于空间定位的地面标识，包括核心区域和包围在核心区域四周的外围辅助区域，所述的核心区域边缘位置设置有定位标识，所述的外围辅助区域设置有外围引导标识，外围引导标识具有指向核心区域中心的参数，通过扫描外围引导标识读取参数可辅助找到核心区域的中心。
为了克服摄像头偏离识别范围就无法定位视觉识别物的缺点，本发明提出一种“通过外围识别辅助核心识别”的方案，在摄像头偏离正常“核心”识别范围的情况下，通过识别范围较大、但是信息较弱的标识物外围辅助区域，获得视觉标识物的定位，从而引导设备回到视觉标识物的核心识别范围内。
外围引导标识不限于图形、数字、图案，但均有指向性，指向性是指其具有指向核心区域的参数，通过对参数的扫描、解读和计算能够找出核心区域的中心，并可对机器人下达命令。
在一实施例中，所述的外围引导标识为多个的同心圆，所述同心圆的圆心为核心区域中心。
当外围引导标识为圆形时，其指向性的参数为圆心，通过扫描圆弧，计算圆心可以辅助找到核心区域中心。
外围引导标识为同心圆时，摄像头采集弧度信息，将弧度信息传递到后方计算机，计算机通过计算同心圆的相同的法线方向，命令机器人沿同心圆法线方向运动，从而找准核心区域。
在另一实施例中，所述的外围引导标识为多条射线，所述射线交于核心区域中心。
当外围引导标识为射线时，其指向性的参数为射线的交点，通过扫描相邻的射线，计算射线交点可以辅助找到核心区域中心。
摄像机的扫描，后方程序的计算方法和运算过程可由已知的任何方式完成。
外围引导标识为射线时，摄像头采集相邻的射线信息，并将射线信息传递到后方计算机，计算机通过计算射线延长之后的交点，命令机器人沿射线放线交点方向运动，从而找准核心区域。
另外，其指向性参数可以是事先录入的数据库内，通过一段数据扫描匹配得出的。
在另一实施例中，所述的外围引导标识为渐变色，距离核心区域中心等距的部分颜色相同。
摄像机扫描、采集、对数据匹配和计算指向性等过程也是本领域技术人员公知的手段。
通过计算由渐变色产生的色差梯度向量，并推算出梯度向量延长线的交点，同样可以找准核心区域。
为了克服摄像头偏离识别范围就无法定位视觉识别物的缺点，本发明提出一种“通过外围识别辅助核心识别”的方案，在摄像头偏离正常“核心”识别范围的情况下，通过识别范围较大、但是信息较弱的标识物外围辅助区域，获得视觉标识物的定位，从而引导设备回到视觉标识物的核心识别范围内。
优选的，所述的核心区域边缘位置设置至少四个定位标识，所述的定位标识均匀分布在距离核心区域中心位置一定距离的圆周上。
本发明设计的定位标识有冗余，个数大于3个，但不限于4个。定位标识不限于同心圆或同心方块。其中同心圆包含了方向和位置信息，摄像头只需扫描到其中任意三个就可完成准确的定位。
优选的，所述的核心区域边缘位置设置有四个定位标识，四个标识位于核心区域的四个角落。
优选的，所述的定位标识为同心圆或同心方块。
优选的，所述核心区域的中心部分设有信息标识。
本发明应用在机器人定位时，在机器人等设备工作的空间内，在地面每隔一段固定距离铺设一个视觉标识物，安放过程中将地面标识上的延长线与地面的参照进行对比校准，减少安放过程产生的误差；系统规划机器人等设备的行动路径时，使其经过并利用摄像头扫描路径上的视觉标识物；机器人等设备在没有到达视觉标识物识别范围时，通过积分空间定位计算空间位置。在通过摄像头扫描到视觉标识物以后，计算出相对于标识物的角度和位置，再结合该标识物的空间位置，获得全局定位信息；视觉标识物上的信息有冗余，即使该标识有残缺、被遮挡，只要扫描到部分标识就可完成识别功能，从而完成全局定位校准；在每个地面标识的周围绘制有向中心指示的外围引导标识。在摄像头偏离正常识别范围的情况下，通过扫描识别外围的外围引导标识，根据外围引导标识相关参数计算引导机器人等设备回到视觉标识物的识别范围内。在手动操作切换为自动操作时，工人只需手动控制机器人到达识别范围较大的外围识别区，机器人就可以自主寻找到视觉识别码的核心识别区。
本发明的有益效果是：1.视觉标识物上信息有冗余，即使其有一定程度损坏、遮挡等造成的信息缺失，只要能扫描到部分标识就可以完成识别功能，从而完成全局定位校准；2.地面标识上印有延长线，可将其与地面上的参照进行对比校准，减少安放标识产生的误差；3在每个地面标识的周围绘制有一些指向其中心的射线。在摄像头偏离正常识别范围的情况下，通过扫描识别外围的射线，根据射线的正交方向引导机器人等设备回到视觉标识物的识别范围内，克服了摄像头偏离识别范围就无法定位视觉识别物的缺点，增强了系统的纠错能力和稳定性。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施方式)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为现有技术视觉标识信息缺失的示意图；
图2为本发明的一实施例的示意图；
图3为本发明的地面标志图案部分无损时的示意图；
图4a为传统地面标识安放误差示意图；
图4b为本发明的地面标识安放误差示意图；
图5为机器人运行路线；
图6为摄像头辅助定位示意图；
图7为本发明另一实施例的示意图；
图8为本发明的另一实施例的示意图；
1-信息标识 2-定位标识 3-外围引导标识
具体实施方式
QR码是常用的定位、采集数据用的标识，QR码信息范围占地较小方便摄像机采集，但是在仓库管理过程中的QR码标识，由于场地较大，QR码标识分布间距较大，在机器人控制过程可能偏离的情况下，可能难以对QR码进行严谨定位。而定位不准确的情况下，QR码信息识别将有误。本发明旨在设计一种在仓库内针对分布离散间距较大的QR码准确定位的标识。
为了克服摄像头偏离识别范围就无法定位视觉识别物的缺点，本发明提出一种“通过外围识别辅助核心识别”的方案，在摄像头偏离正常“核心”识别范围的情况下，通过识别范围较大、但是信息较弱的标识物外围辅助区域，获得视觉标识物的定位，从而引导设备回到视觉标识物的核心识别范围内。外围辅助区域的标识图形、图案、颜色等。
为了克服视觉标识物易被遮挡磨损，和必须识别整个视觉标识物的缺点，本发明提出一种部分识别视觉标识物的识别方法，并设计相对应的视觉标识物。尤其是摄像头只需要识别部分视觉标识物就可以完成识别功能。
传统QR码，必须扫到QR码本身才能实现定位；本方案使用射线、同心圆、色彩等辅助，配合地面标识符进行定位，即当扫码设备扫到标识时，使用标识上的定位模块进行定位，如果没有扫到标识，利用射线、同心圆、渐变色等辅助，得到地面标识符和设备当下位置的相对位置，引导机器人设备向地面标识符方向运动，直到设备扫到QR码
实施例1
如图2所示的一种用于空间定位的地面标识，包括核心区域和包围在核心区域四周的外围辅助区域，所述的核心区域边缘位置设置有定位标识3，中心部分具有信息标识1，所述的外围辅助区域设置有外围引导标识2，外围引导标识2为等角度分布的射线，所述射线交于核心区域中心。射线可以是一端相交于核心区域中心，也可以是延长线交于中心店。在每个地面标识图案周围绘制一些指向其中心的射线作为外围辅助识别区域。在摄像头偏离正常识别范围的情况下，只要摄像头扫描到射线，就可以根据射线正交方向引导机器人等设备回到视觉标识物的核心识别范围内。外围引导标识为射线时，摄像头采集相邻的射线信息，并将射线信息传递到后方计算机，计算机通过计算射线延长之后的交点，命令机器人沿射线放线交点方向运动，从而找准核心区域。核心区域边缘位置设置有四个定位标识，四个标识位于核心区域的四个角落，四个标识点将核心区域围合成正方形，边长l1位40mm。定位标识为同心圆，如图3所示，即使地面标识发生如图1所示的污损而造成信息缺失，摄像头只需扫描到其中任意三个就可完成准确的定位并获取方向和位置信息，完成定位，而传统QR码需要所有3个定位模块均完整无破损，扫描设备扫到所有模块之后，才能实现定位，本方案添加冗余的定位模块，扫描设备只需扫到其中任意三个，即可实现定位。其扫码过程与传统扫码过程相同，在后方计算程序中进行筛选，只要筛选出三个定位信息即完成定位。如图4b所示，地面标识四周印有延长线，其范围l2至少为100mm，同样大小的标识，外圈加上延长线后，安放标识时的定位误差会大大缩小。传统方案在安放时，依靠QR码本身对齐，本方案在安放时，依靠外圈延长线对齐，在相同安放误差下，即，在图4a和图4b中A处均为1mm，本方案可以减少实际偏差，具体体现在图4a中B处为25mm,图4b中B处为10mm。图5是一个机器人的运行路径，圆圈代表了机器人，箭头代表机器人的运行路径。在地面上预先铺设了视觉标识物。机器人沿着运行路径行走，每当一个视觉标识物进入摄像头的视野，机器人就进行一次全局空间定位，纠正自己的位置。如图6所示，当机器人或设备偏离核心识别范围时，可以启用外围识别方法，通过射线延长线确定核心识别范围的方位，继续完成识别功能。
实施例2
如图7所示的另一实施例，其余同实施例1，地面标识设有六个定位标识3，定位标识均匀分布在距离核心区域中心位置一定距离的圆周上，六个定位标识3将核心区域围合成圆形区域。摄像头对六个标识3进行扫描识别，只要完成三个定位标识的比对成功则完成定位。
实施例3
如图8所示的另一实施例，其余同实施例2，外围引导标识2为均匀分布的同心圆，所述同心圆的圆心为核心区域中心。外围引导标识为同心圆时，摄像头采集弧度信息，将弧度信息传递到后方计算机，计算机通过计算同心圆的相同的法线方向，命令机器人沿同心圆法线方向运动，从而找准核心区域。
实施例4
在另一实施例中，其余同实施例1，所述的外围引导标识为渐变色，距离核心区域中心等距的部分颜色相同。摄像机扫描、采集、对数据匹配和计算指向性等过程也是本领域技术人员公知的手段。通过计算由渐变色产生的色差梯度向量，并推算出梯度向量延长线的交点，同样可以找准核心区域。

Claims (8)

1.一种用于空间定位的地面标识，其特征在于，包括核心区域和包围在核心区域四周的外围辅助区域，所述的核心区域边缘位置设置有定位标识，所述的外围辅助区域设置有外围引导标识，外围引导标识具有指向核心区域中心的参数，通过扫描外围引导标识读取参数可辅助找到核心区域的中心。
2.根据权利要求1所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述的外围引导标识为多个的同心圆，所述同心圆的圆心为核心区域中心。
3.根据权利要求1所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述的外围引导标识为多条射线，所述射线交于核心区域中心。
4.根据权利要求1所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述的外围引导标识为渐变色，距离核心区域中心等距的部分颜色相同。
5.根据权利要求1至4任一所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述的核心区域边缘位置设置至少四个定位标识，所述的定位标识均匀分布在距离核心区域中心位置一定距离的圆周上。
6.根据权利要求5所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述的核心区域边缘位置设置有四个定位标识，四个标识位于核心区域的四个角落。
7.根据权利要求6所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述的定位标识为同心圆或同心方块。
8.根据权利要求1至4任一所述的用于空间定位的地面标识，其特征在于，所述核心区域的中心部分设有信息标识。
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