CN107328420B - 定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种定位方法和装置，所述方法包括：在机器人工作于定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标；根据所述定位标签的标识查询标签数据库，以获取所述定位标签在所述物理空间中的第二坐标；根据所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述机器人在所述物理空间中的第三坐标。通过实施本方案的实施例，可以在机器人无法提取景物特征时，实现移动机器人的准确定位。

Description

定位方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种定位方法和装置。

背景技术

即时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping，简称SLAM)方法，是实现移动机器人在未知环境定位的一种方法，迄今为止被技术人员广泛应用。在SLAM中：机器人首先识别当前拍摄角度中的景物，对景物进行建模，并根据建模结果进行定位。

但是，在某些环境中，例如，当机器人处于草原上，应用机器人时，发现机器人的定位准确度极度下降，经分析可能是由于上述环境中各景物相似度较高，使得景物特征趋于一致，如此机器人便无法识别景物，进而不能准确定位。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种定位方法和装置，用以实现移动机器人的准确定位。

本发明实施例提供的一种定位方法，包括：

在机器人工作于定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标；

根据所述定位标签的标识查询标签数据库，以获取所述定位标签在所述物理空间中的第二坐标；

根据所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述机器人在所述物理空间中的第三坐标。

本发明实施例提供的一种定位装置，包括：

第一确定模块，用于在机器人工作于定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标；

获取模块，用于根据所述定位标签的标识查询标签数据库，以获取所述定位标签在所述物理空间中的第二坐标；

第一定位模块，用于根据所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述机器人在所述物理空间中的第三坐标。

本发明实施例所提供的一种定位方法和装置，可以在机器人所置于的物理空间中预先设置多个定位标签来辅助进行机器人的准确定位。具体地，在机器人工作于定位模式下时，可以通过机器人上设置的摄像头拍摄周围图像，若通过摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定机器人在物理空间中相对于上述定位标签的第一坐标，并查询建图过程中预先生成的标签数据库，以获取上述定位标签在物理空间中的第二坐标，从而结合机器人相对定位标签的第一坐标和定位标签的第二坐标，可以确定出机器人在物理空间中的第三坐标，即机器人的定位位置。通过在机器人的物理空间中设置多个定位标签，尤其是将多个定位标签分别设置在环境特征不易区分的位置处，从而，当机器人行至该位置区域时，可以通过对定位标签的识别来辅助实现机器人的准确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的定位方法的一种流程图；

图2为本发明实施例中机器人相对于定位标签的第一坐标的确定原理示意图；

图3为本发明实施例提供的定位方法的图像中坐标与物理空间中坐标转换的原理示意图；

图4为本发明实施例提供的定位方法的物理空间坐标系与标签坐标系的转换原理示意；

图5为本发明实施例提供的定位方法的又一步骤流程图；

图6为本发明实施例提供的定位装置的装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

进一步值得说明的是，本发明各实施例中各步骤之间的顺序是可以调整的，不是必须按照以下举例的顺序执行。

首先，介绍本发明实施例提供的一种定位方法，上述方法应用于智能机器人，具体的，可以应用于定位装置，该装置可以为智能机器人的控制软件。

图1为本发明实施例提供的定位方法的一种流程图，如图1所示，包括如下步骤：

S101：在机器人工作于定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定机器人在物理空间中相对于定位标签的第一坐标。

S102：根据定位标签的标识查询标签数据库，以获取定位标签在物理空间中的第二坐标。

S103：根据第一坐标和第二坐标，确定机器人在物理空间中的第三坐标。

S104：以第三坐标修正以激光SLAM算法定位出的机器人位置坐标。

定位标签为预先在机器人所处的物理空间中设置的标签，用于辅助进行机器人的准确定位。可选地，该定位标签可以实现为二维码，也可以实现为具有一定形状、尺寸、颜色的图案。可以理解的是，为了实现辅助机器人进行准确定位的功能，设置在上述物理空间中的多个定位标签各不相同，该各不相同一方面是指各定位标签的设置位置不相同，另一方面是指各定位标签的标识不相同，从而以便于机器人能够区分各定位标签。可选地，当定位标签实现为二维码时，定位标签的标识可以编码于二维码中，当定位标签实现为其他的图案时，可以在该图案上标明该定位标签的标识。另外，实际应用中，定位标签尤其可以被设置于上述物理空间中具有相似环境特征的区域，比如长廊等位置处，这些相似的环境特征容易导致机器人无法准确识别出自身所处于的空间位置。定位标签可以贴设于诸如屋顶、墙壁、地面等处。

通常情况下，机器人要实现定位功能，往往涉及两个过程：建模过程和定位过程，以上两过程对应机器人的建模和定位两种模式。其中，建模过程主要实现机器人对所处的物理空间进行地图模型的建立，以便用于后续的定位过程中。建模过程，可以通过激光SLAM方法来实现，以实现物理空间环境因素与机器人位置的对应性的建立，只是，本发明实施例中，在通过激光SLAM方法进行建模的同时，还结合定位标签对机器人位置进行修正。简单来说就是，如果建模过程中，机器人在某位置处拍得定位标签，则通过确定该定位标签在物理空间中的坐标，以结合该定位标签的坐标修正机器人基于激光SLAM方法得到的坐标，并将定位标签的标识及其坐标添加到标签数据库中。从而，在建模过程中，可以得到包含物理空间中各定位标签的标识以及在物理空间中的坐标的标签数据库。其中，标签数据库的建立过程将在后续实施例中详细说明。

本实施例中，结合定位标签进行机器人位置的定位的主要思想是：当机器人在定位模式下工作时，若机器人移动至某定位标签的附近，则可以结合机器人在物理空间中相对于该定位标签的位置坐标以及该定位标签在物理空间中的位置坐标来确定机器人的位置坐标，从而，可以以该位置坐标修正基于激光SLAM方法定位到的机器人位置坐标。

因此，若机器人移动到某处通过摄像头拍得了包含定位标签的图像，则可以确定机器人在物理空间中相对于该定位标签的第一坐标，以及定位标签在物理空间中的第二坐标。

其中，第二坐标可以通过查询标签数据库获得。具体地，可以先识别出定位标签的标识，以该标识查询标签数据库，以获取定位标签在物理空间中的第二坐标。其中，标识可以体现为数字序列、字符串组合等形式。

具体地，第二坐标可以包括定位标签在物理空间坐标系中的x、y轴坐标，以及标签坐标系相对于物理空间坐标系之间的角度差。该标签坐标系是指预先在物理空间中以标签参考点为原点所建立的坐标系。标签参考点可以依据使用需求进行设定，可选地为标签的中心点、标签的某一顶点等，该标签坐标系的x、y轴方向可以预先定义。物理空间坐标系也是预先建立的，坐标系的原点可以选自物理空间中的一点，坐标轴方向可以预先定义。上述角度差可以是两个坐标系的x轴方向的角度差。

第一坐标可以理解为，机器人在物理空间中的标签坐标系中的坐标。

可选地，可以通过以下步骤确定第一坐标：确定摄像头在物理空间中相对于定位标签的第四坐标；根据第四坐标和摄像头相对于机器人的预设的第五坐标，确定上述第一坐标。也就是说，机器人在物理空间中相对于定位标签的坐标是通过机器人与摄像头的位置关系以及摄像头在物理空间中相对于定位标签的坐标来确定的，如图2所示。

其中，第五坐标可以理解为是摄像头中心点相对于机器人中心点的位置坐标，该中心点可以是质心、几何中心、重心等。可选地，可以预先以机器人中心点为原点建立机器人坐标系，以摄像头中心点为原点建立摄像头坐标系，坐标轴的方向可以预先定义，比如以重力方向为y轴方向。从而，该第五坐标可以为摄像头中心点相对于机器人中心点的位置坐标。该第五坐标可以被预先测得，为预设已知量。实际中，该第五坐标的表示形式可以是(x5，y5，θ5)，其中，θ5可以为物理空间中摄像头坐标系与机器人坐标系间的偏移角度。需要说明的是，本发明实施例中，两坐标系之间的偏移角度可以为两坐标系内x轴正方向相差的角度，还可以为两坐标系内y轴正方向相差的角度。

而摄像头在物理空间中相对于定位标签的坐标即第四坐标，可选地，可以通过以下步骤获得：确定所拍得图像的图像中心位置相对于定位标签的像素坐标；根据像素坐标以及图像坐标系与物理空间中的标签坐标系间的映射关系，确定第四坐标。本实施例中的图像中心位置可以作为摄像头在图像中的投影位置，从而，也就是说，摄像头在物理空间中相对于定位标签的第四坐标可以根据图像中摄像头位置相对于定位标签位置的像素坐标以及图像坐标系与物理空间中的标签坐标系间的映射关系确定。

其中，图像坐标系可以是图像中的标签坐标系，该坐标系的原点可以是图像中标签的中心点，当标签为矩形形状时，可以分别以平行于图像中标签的长度边框和宽度边框为x、y轴方向建立该坐标系。

从而，在图像中的标签坐标系下确定出图像中心位置相对于定位标签即标签中心点亦即该坐标系原点的像素坐标后，可以基于如下的图像坐标系与物理空间中标签坐标系的映射关系确定摄像头在物理空间中相对于定位标签的第四坐标:

假设确定出的图像中心位置在标签坐标系中的坐标为(x4’，y4’)。另外，还可以获得图像中标签的宽度d’。获得上述信息后，基于如下成像原理可以确定上述第四坐标：

如图3所示，标签与镜头即摄像头中心组成的三角形相似于标签的像和摄像头中心组成的三角形，进而，物理空间中的物体距离、物体尺寸与图像中的物体距离、物体尺寸成比例，这一比例为物理空间中真实标签的宽度d和图像中标签宽度d’的比值，即d/d’。进而，可以根据(x4’，y4’)以及上述比例，计算得出摄像头在物理空间中相对于定位标签的x、y轴坐标(x4，y4)。可选地，图像中标签宽度d’可以通过分析图像中的像素位置信息而得，物理空间中真实标签的宽度d为已知量。

本实施例中，摄像头在物理空间中相对于定位标签的坐标中除了包含上述x、y轴坐标(x4，y4)外，还可以包括摄像头相对于定位标签的偏移角度θ4。该偏移角度θ4是指拍摄该定位标签对应的图像时，摄像头相对于定位标签的拍摄角度，可以以物理空间中的摄像头坐标系和标签坐标系的x轴方向间的角度差来表示。

从而，在获得上述第四坐标(x4，y4，θ4)和第五坐标(x5，y5，θ5)后，基于图2所示的关系，可以确定机器人在物理空间中的标签坐标系中的第一坐标(x1，y1，θ1)。

获得第一坐标后、第二坐标后，根据上述两坐标求取机器人在物理空间中的位置，也就是说，求取机器人在物理空间坐标系中的第三坐标。可以理解到，第一坐标为机器人在物理空间中的标签坐标系中的坐标，第二坐标为定位标签在物理空间坐标系中的坐标，根据上述两坐标系的转换原理，可以计算出机器人在物理空间坐标系中的坐标，两坐标系之间的坐标具体可以根据三角函数进行转换。

以下列举具体实施例介绍标签坐标系与物理空间坐标系之间的转换。

假设第一坐标为(1,1,0°)、第二坐标为(2,1,30°)，则物理空间坐标系、标签坐标系以及机器人位置如图4所示，根据三角函数定义：

进一步可得机器人在物理空间坐标系的坐标(2+L2，1+L1，0°+30°)。

由此可见，本发明实施例所提供的一种定位方法，通过在机器人的物理空间中设置多个定位标签，尤其是将多个定位标签分别设置在环境特征不易区分的位置处，从而，当机器人行至该位置区域时，可以通过对定位标签的识别来辅助实现机器人的准确定位。

实际应用中，定位标签离散地分布在物理空间中，若机器人未拍得包含定位坐标的图像，则可以通过激光SLAM算法，确定机器人在物理空间中的第六坐标。本实施例中的SLMA算法为现有技术，此处不做赘述。

以下介绍本发明实施例提供的定位方法的实施例二，实施例二为在机器人工作于建图模式下建立标签数据库的过程，如图5所示，可以包括如下步骤：

S201：在机器人工作于建图模式下，根据机器人在物理空间中相对于定位标签的第七坐标以及通过激光SLAM算法确定的机器人在物理空间中的第八坐标，确定第二坐标。

建立标签数据库的过程就是获取各定位标签在物理空间中的位置的过程，即获取第二坐标的过程。具体地，第二坐标可以体现为定位标签在物理空间坐标系中各坐标轴的坐标值、以及物理空间中定位标签的标签坐标系相对于物理空间坐标系的偏移角度。

可以理解的是，第七坐标为机器人在物理空间中的标签坐标系的位置，可选地，第七坐标可以通过实施例一中所介绍的求取第一坐标的步骤进行求取。

可以理解的是，第七坐标为机器人在物理空间中的标签坐标系的位置，第八坐标为通过激光SLAM算法确定的机器人在物理空间坐标系中的位置，因此，求得定位标签在物理空间坐标系的第二坐标的过程，本质上可以理解为坐标系之间的转换，具体转换过程可以参见图4对应的实施例中介绍的坐标系转换方法，进而求取第二坐标。

S202：将第二坐标和定位标签的标识存入标签数据库中。

如图6所示，相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种定位装置，包括：第一确定模块410、获取模块420、第一定位模块430。

第一确定模块410，用于在机器人工作于定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标。

获取模块420，用于根据所述定位标签的标识查询标签数据库，以获取所述定位标签在所述物理空间中的第二坐标。

第一定位模块430，用于根据所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述机器人在所述物理空间中的第三坐标。

修正模块440，用于以所述第三坐标修正以激光SLAM算法定位出的机器人位置坐标。

本发明实施例所提供的一种定位装置，预先在机器人所处的场景中放置定位标签，使得定位标签作为场景中无特征景物的特征，基于此，本发明实施例中的定位标签可以帮助机器人识别场景中的景物，进而使得机器人正确地对场景进行建模，进而实现机器人的准确定位功能。

在一种可选实施方式中，所述第一确定模块410，包括：第一确定子模块411、第二确定子模块412。

第一确定子模块411，用于确定所述摄像头在所述物理空间中相对于所述定位标签的第四坐标。

第二确定子模块412，用于根据所述第四坐标和所述摄像头相对于所述机器人的预设的第五坐标，确定所述第一坐标。

在一种可选实施方式中，所述第一确定子模块411，包括：第三确定子模块4111、第四确定子模块4112。

第三确定子模块4111，用于确定所述图像的图像中心位置相对于所述定位标签的像素坐标。

第四确定子模块4112，用于根据所述像素坐标以及图像坐标系与物理空间中的标签坐标系间的映射关系，确定所述第四坐标。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：

第二定位模块450，用于若未拍得所述图像，则通过激光SLAM算法，确定所述机器人在所述物理空间中的第六坐标。

在一种可选实施方式中，所述装置还包括：

第二确定模块460，用于在机器人工作于建图模式下，根据所述机器人在所述物理空间中相对于所述定位标签的第七坐标以及通过激光SLAM算法确定的所述机器人在所述物理空间中的第八坐标，确定所述第二坐标。

存储模块470，用于将所述第二坐标和所述定位标签的标识存入所述标签数据库中。

需要说明的是，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得较为简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

在机器人工作于基于激光SLAM算法实现的定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标；

根据所述定位标签的标识查询标签数据库，以获取所述定位标签在所述物理空间中的第二坐标；所述标签数据库由所述机器人工作于基于激光SLAM算法实现的建图模式下生成，所述建图模式用于所述机器人对所述物理空间进行地图模型的建立；

根据所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述机器人在所述物理空间中的第三坐标；

以所述第三坐标修正以激光SLAM算法定位出的机器人位置坐标；

其中，所述以所述第三坐标修正以激光SLAM算法定位出的机器人位置坐标包括：将所述第三坐标作为所述机器人的定位位置坐标；

所述方法还包括：

在机器人工作于建图模式下，根据所述机器人在所述物理空间中相对于所述定位标签的第七坐标以及通过激光SLAM算法确定的所述机器人在所述物理空间中的第八坐标，确定所述第二坐标；

将所述第二坐标和所述定位标签的标识存入所述标签数据库中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标，包括：

确定所述摄像头在所述物理空间中相对于所述定位标签的第四坐标；

根据所述第四坐标和所述摄像头相对于所述机器人的预设的第五坐标，确定所述第一坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述摄像头在所述物理空间中相对于所述定位标签的第四坐标，包括：

确定所述图像的图像中心位置相对于所述定位标签的像素坐标；

根据所述像素坐标以及图像坐标系与物理空间中的标签坐标系间的映射关系，确定所述第四坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若未拍得所述图像，则通过激光SLAM算法，确定所述机器人在所述物理空间中的第六坐标。

5.一种定位装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于在机器人工作于基于激光SLAM算法实现的定位模式下，若通过所述机器人的摄像头拍得包含定位标签的图像，则确定所述机器人在物理空间中相对于所述定位标签的第一坐标；

获取模块，用于根据所述定位标签的标识查询标签数据库，以获取所述定位标签在所述物理空间中的第二坐标；所述标签数据库由所述机器人工作于基于激光SLAM算法实现的建图模式下生成，所述建图模式用于所述机器人对所述物理空间进行地图模型的建立；

第一定位模块，用于根据所述第一坐标和所述第二坐标，确定所述机器人在所述物理空间中的第三坐标；

修正模块，用于以所述第三坐标修正以激光SLAM算法定位出的机器人位置坐标；

其中，所述修正模块，具体用于将所述第三坐标作为所述机器人的定位位置坐标；

所述装置还包括：

第二确定模块，用于在机器人工作于建图模式下，根据所述机器人在所述物理空间中相对于所述定位标签的第七坐标以及通过激光SLAM算法确定的所述机器人在所述物理空间中的第八坐标，确定所述第二坐标；

存储模块，用于将所述第二坐标和所述定位标签的标识存入所述标签数据库中。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，包括：

第一确定子模块，用于确定所述摄像头在所述物理空间中相对于所述定位标签的第四坐标；

第二确定子模块，用于根据所述第四坐标和所述摄像头相对于所述机器人的预设的第五坐标，确定所述第一坐标。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定子模块，包括：

第三确定子模块，用于确定所述图像的图像中心位置相对于所述定位标签的像素坐标；

第四确定子模块，用于根据所述像素坐标以及图像坐标系与物理空间中的标签坐标系间的映射关系，确定所述第四坐标。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二定位模块，用于若未拍得所述图像，则通过激光SLAM算法，确定所述机器人在所述物理空间中的第六坐标。

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