CN108227708A - 一种移动机器人定位方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动机器人定位方法及其系统，其中所述方法包括步骤：在地面铺设二维码、二维码非等宽引导线和等宽引导线；中心的中摄像头扫描下方二维码，机器人的中央控制器控制机器人进行绝对位置的矫正，获取机器人的绝对位置和移动方向；前摄像头和后摄像头跟踪等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；机器人的前摄像头检测非等宽引导线的标识，从而计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，计算出机器人行走的距离；机器人即将到达终止点时，减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号。本发明抗干扰能力强，定位简单，同时支持左右偏移矫正和距离矫正。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种移动机器人定位方法及移动机器人定位系统。
背景技术
当前，移动机器人定位的方法主要有两种：基于磁条的导航方式、基于二维码的导航方式和激光导航。
其中，基于磁条的导航方式定位精度低，只能提供纵向的偏移信息，无法提供距离信息，同时导航条较贵；采用基于二维码的导航方式，二维码读取需要高速全帧摄像机支持，机器人成本较高，同时机器人在行走过程中，大部分时间处于开环方式，只能依靠加速度传感器来定位，如果地面不平整，造成车辆打滑，机器人可能会偏离既定轨道，无法调整回来；激光导航方式成本最贵，定位精度低，无法达到毫米级，并且容易受环境影响，反光板被遮挡就无法定位。
发明内容
为克服现有技术的不足，本提供一种低价的稳定的导航方案，可以使机器人行走基本处于闭环状态，同时取代昂贵的高速摄像头系统，本发明提出了一种移动机器人定位系统及其方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种移动机器人定位方法，包括
步骤一：在地面铺设二维码、连接所述二维码的二维码非等宽引导线和连接所述二维码非等宽引导线的等宽引导线；
步骤二：设置于机器人底部中心的中摄像头扫描下方二维码，机器人的中央控制器控制机器人进行绝对位置的矫正，获取机器人的绝对位置和移动方向；
步骤三：机器人启动前行，通过设置于机器人底部的前摄像头和后摄像头，跟踪等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，并所述偏差位置控制机器人的驱动轮，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；
步骤四：机器人的前摄像头检测非等宽引导线的标识，从而计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，计算出机器人行走的距离；
步骤五：机器人即将到达终止点时，减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号。
进一步地，步骤三包括步骤
如果发现等宽引导线不清晰，则根据加速度传感器来纠正机器人的偏移方向。
本发明还提出一种移动机器人定位系统，包括
铺设于地面的至少一个二维码；
连接所述二维码的至少一条二维码非等宽引导线；
连接所述二维码非等宽引导线的至少一条等宽引导线；
设置于机器人底部的前摄像头、中摄像头和后摄像头，其中前摄像头和后摄像头为线摄像头，用于扫描等宽引导线和非等宽引导线；中摄像头为面摄像头，用于扫描二维码；
连接所述前摄像头、中摄像头和后摄像头的中央控制系统，其中中央控制系统通过所述前摄像头和后摄像头，跟踪所述等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，通过所述偏差位置控制机器人驱动轮，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；当前摄像头检测到二维码非等宽引导线时，计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，从而计算出机器人行走的距离，在机器人即将到达二维码时，中央控制器控制机器人减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号，并根据二维码进行机器人绝对位置的矫正。
进一步地，所述机器人还包括加速度传感器，所述加速度传感器连接所述中央控制系统，在所述等宽引导线和/或非等宽引导线不清晰时，中央控制系统根据所述加速度传感器纠正机器人行踪的偏移量。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明可以大大加强导航线的抗干扰能力，使使用色带的方法成为可行；降低了摄像头的要求，只需要使用普通的行曝光摄像头就能实现定位；机器人同时支持左右偏移矫正和距离矫正。
附图说明
图1是本发明一种移动机器人定位方法流程图；
图2是本发明一种移动机器人定位系统中二维码、非等宽引导线和等宽引导线示意图；
图3是本发明一种移动机器人定位系统底部摄像头示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参见图1，本发明一种移动机器人定位方法，包括
步骤一：在地面铺设二维码、连接所述二维码的二维码非等宽引导线和连接所述二维码非等宽引导线的等宽引导线；
步骤二：设置于机器人底部中心的中摄像头扫描下方二维码，机器人的中央控制器控制机器人进行绝对位置的矫正，获取机器人的绝对位置和移动方向；
步骤三：机器人启动前行，通过设置于机器人底部的前摄像头和后摄像头，跟踪等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，并所述偏差位置控制机器人的驱动轮，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；该过程中如果发现等宽引导线不清晰，则根据加速度传感器来纠正机器人的偏移方向；
步骤四：机器人的前摄像头检测非等宽引导线的标识，从而计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，计算出机器人行走的距离；
步骤五：机器人即将到达终止点时，减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号。
本发明一种移动机器人定位方法主要过程包括四个阶段，停止阶段，启动阶段，高速运动阶段和减速停止阶段。四个阶段对二维码，等宽引导线，二维码非等宽引导线，加速度传感器和编码盘的依赖程度是不一样的，总体的来说就是慢的时候依赖二维码，快的时候依赖导航线，导航线被污染了依赖加速度传感器，没有到达二维码非等宽引导线的时候依赖编码盘计算距离，到达二维码非等宽引导线时依赖前摄像头的数据。
一种移动机器人定位系统，包括
铺设于地面的至少一个二维码；
连接所述二维码的至少一条二维码非等宽引导线；
连接所述二维码非等宽引导线的至少一条等宽引导线；
设置于机器人底部的前摄像头、中摄像头和后摄像头，其中前摄像头和后摄像头为线摄像头，用于扫描等宽引导线和非等宽引导线；中摄像头为面摄像头，用于扫描二维码；
连接所述前摄像头、中摄像头和后摄像头的中央控制系统，其中中央控制系统通过所述前摄像头和后摄像头，跟踪所述等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，通过所述偏差位置控制机器人驱动轮，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；当前摄像头检测到二维码非等宽引导线时，计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，从而计算出机器人行走的距离，在机器人即将到达二维码时，中央控制器控制机器人减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号，并根据二维码进行机器人绝对位置的矫正。二维码21、二维码非等宽引导线22和等宽引导线23如图2所示。
移动机器人定位系统中设置于机器人底部的前摄像头、中摄像头和后摄像头如图3所示，其中31为前摄像头、32为中摄像头、33为后摄像头。前摄像头31和后摄像头33为线扫描摄像头，主要负责捕捉不同类型的引导线，等宽引导线用来对机器人的行走进行左右纠偏，二维码非等宽引导线主要用来纠正机器人的距离误差，二维码非等宽引导线在每个交叉路口都有。线扫描相机具有高速的帧率，能够支持机器人在高速行走中对引导线进行捕捉。中摄像头32为面扫描摄像头，主要用来扫描地面表示绝对位置的二维码。面扫描相机主要负责拐弯点的二维码捕捉，以获取机器的绝对位置，面扫描相机速度较慢，只能负责低速度的矫正，一般用于机器人停止时对绝对位置进行矫正。
本发明的某些实施例中，机器人中还可包括加速度传感器，所述加速度传感器能够应对瞬间的误差，比如地面的高低不平，主要用于地面色带被干扰时，提供短暂的方向补偿，因为地面导航条会随着时间被脏污污染，这时候需要加速度传感器来弥补摄像头无法正常获取偏差信号时车辆的导航问题。
所述前摄像头31、中摄像头32、后摄像头33和加速度传感器的信号同时进入一个中央控制系统，由软件决定采用那个信号进行控制，主要依据为，摄像头通过识别算法给出现地面导航线的可靠程度评估，该评估主要依据图像的清晰程度，导航线是否有突变等信息给出该传感器输出数据的一个置信度，利用卡尔曼滤波将该数据与加速度传感器数据进行融合，给出机器人左右偏差值，距离矫正主要依赖前后摄像头对二维码非对称引导线的识别来进行矫正，当前摄像头31和后摄像头33先后识别到二维码非对称导航线时，机器人识别为已经走过一格，从相应数据库中计算相应距离数据，从而对轮子的编码盘数据进行矫正。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种移动机器人定位方法，其特征在于，包括
步骤一：在地面铺设二维码、连接所述二维码的二维码非等宽引导线和连接所述二维码非等宽引导线的等宽引导线；
步骤二：设置于机器人底部中心的中摄像头扫描下方二维码，机器人的中央控制器控制机器人进行绝对位置的矫正，获取机器人的绝对位置和移动方向；
步骤三：机器人启动前行，通过设置于机器人底部的前摄像头和后摄像头，跟踪等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，并所述偏差位置控制机器人的驱动轮，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；
步骤四：机器人的前摄像头检测非等宽引导线的标识，从而计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，计算出机器人行走的距离；
步骤五：机器人即将到达终止点时，减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号。
2.如权利要求1所述的移动机器人定位方法，其特征在于，步骤三包括步骤
如果发现等宽引导线不清晰，则根据加速度传感器来纠正机器人的偏移方向。
3.一种移动机器人定位系统，其特征在于，包括
铺设于地面的至少一个二维码；
连接所述二维码的至少一条二维码非等宽引导线；
连接所述二维码非等宽引导线的至少一条等宽引导线；
设置于机器人底部的前摄像头、中摄像头和后摄像头，其中前摄像头和后摄像头为线摄像头，用于扫描等宽引导线和非等宽引导线；中摄像头为面摄像头，用于扫描二维码；
连接所述前摄像头、中摄像头和后摄像头的中央控制系统，其中中央控制系统通过所述前摄像头和后摄像头，跟踪所述等宽引导线获得小车移动的方向和偏差位置，通过所述偏差位置控制机器人驱动轮，从而控制机器人沿着地面等宽引导线行走；当前摄像头检测到二维码非等宽引导线时，计算出机器人行走的格数，结合机器人内编码盘数据，从而计算出机器人行走的距离，在机器人即将到达二维码时，中央控制器控制机器人减速并启动位于机器人底部中心的中摄像头读取准确的停止位置信号，并根据二维码进行机器人绝对位置的矫正。
4.如权利要求3所述的移动机器人定位系统，其特征在于，所述机器人还包括加速度传感器，所述加速度传感器连接所述中央控制系统，在所述等宽引导线和/或非等宽引导线不清晰时，中央控制系统根据所述加速度传感器纠正机器人行踪的偏移量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180629 |