CN108759853A

CN108759853A - 一种机器人定位方法、系统、设备及计算机可读存储介质

Info

Publication number: CN108759853A
Application number: CN201810620546.5A
Authority: CN
Inventors: 宓旭东; 沈振华; 王瑞
Original assignee: Zhejiang Guozi Robot Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Guozi Robot Technology Co Ltd
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2018-11-06

Abstract

本申请公开了一种机器人定位方法、系统、设备及计算机可读存储介质，其中该方法包括：通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径；利用底盘根据导航路径进行行驶，并根据电机反馈的数据实时计算机器人里程，得到机器人的目标定位信息；利用相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据预设二维码校正目标定位信息，以提高定位的精度。可见，本申请通过电机反馈的数据计算机器人行驶的里程，得到目标定位信息，并利用相机扫描预设二维码，当相机扫描到预设二维码时，说明机器人到达扫描到的预设二维码所在的位置，即获得机器人的实时位置信息，并利用其对上述目标定位信息进行校正，从而提高机器人定位的精度。

Description

一种机器人定位方法、系统、设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及机器人巡检领域，特别涉及一种机器人定位方法、系统、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

机器人巡检，主要是指利用机器人在变电站、廊道、室内机房等场所进行巡视和检查，并对发现的问题及时报警和处理。近年来，在机器人行业快速发展的背景下，机器人巡检技术成为当前研究的热点。与传统人工巡检相比，具有成本低、环境适应性强、安全可靠和效率高等优点。

机器人的定位是机器人巡检研究的重点。然而，在现有技术中，机器人的定位通常利用激光定位技术，但是，利用激光定位技术使用的传感器成本高，而且利用激光定位的精度为20mm，无法满足机器人行业对定位精度越来越高的需求。

因此，如何提高机器人定位的精度是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人定位方法、系统、设备及计算机可读存储介质，提高机器人定位的精度。其具体方案如下：

一种机器人定位方法，包括：

通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径；

利用位于机器人底部的底盘根据所述导航路径进行行驶，并根据电机反馈的数据实时计算所述机器人里程，得到所述机器人的目标定位信息；

利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据所述预设二维码校正所述目标定位信息，以提高定位的精度。

优选的，所述通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径的过程包括：

通过处理器获取到达预定位置的指令，得到目标位置，并根据所述目标位置和初始位置，基于代价最小原则，计算最优路径序列，得到目标导航路径。

优选的，所述通过处理器获取到达预定位置的指令，得到目标位置，并根据所述目标位置和初始位置，基于代价最小原则，计算最优路径序列，得到目标导航路径的过程包括：

通过处理器获取到达预定位置的指令，得到目标位置，并根据所述目标位置和初始位置，基于代价最小原则，利用A*算法，计算最优路径序列，得到目标导航路径。

优选的，所述根据电机反馈的数据实时计算所述机器人里程，并转换为所述机器人的定位信息的过程包括：

根据电机反馈的速度数据、加速度数据、时间数据实时计算所述机器人里程；

根据所述初始位置与预设参考点的相对位置，将所述机器人里程转换为所述机器人相应的目标定位信息；

其中，所述参考点根据所述目标导航路径选取。

优选的，所述利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据所述预设二维码校正所述机器人的定位的过程包括：

利用设置在底盘中心的相机，实时采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据所述预设二维码校正所述机器人的定位。

优选的，所述机器人定位方法还包括：

当所述机器人到达目标位置时，结束定位导航任务。

优选的，所述预设二维码的贴放方式包括：

相邻的二维码之间的距离范围为40-60cm。

相应的，本发明还提供一种机器人定位系统，包括：

路径获取模块，用于通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径；

定位信息获取模块，用于利用位于机器人底部的底盘根据所述导航路径进行行驶，并根据电机反馈的数据实时计算所述机器人里程，得到所述机器人的目标定位信息；

定位信息校正模块，用于利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据所述预设二维码校正所述目标定位信息，以提高定位的精度。

相应的，本发明还提供一种机器人定位设备，所述机器人定位设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机器人定位程序，所述机器人定位程序配置为实现如上述的机器人定位方法的步骤。

相应的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有单芯片机器人定位程序，所述机器人定位程序被处理器执行时实现如上述的机器人定位方法的步骤。

本发明提供的一种机器人定位方法，包括：通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径；利用位于机器人底部的底盘根据导航路径进行行驶，并根据电机反馈的数据实时计算机器人里程，得到机器人的目标定位信息；利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据预设二维码校正目标定位信息，以提高定位的精度。

可见，本发明通过利用电机反馈的数据计算机器人行驶的里程，得到目标定位信息，并利用相机扫描预设二维码，当相机扫描到预设二维码时，说明机器人到达扫描到的预设二维码所在的位置，即获得机器人的实时位置信息，并利用获取的实时位置信息，对上述目标定位信息进行校正，从而提高机器人定位的精度。

此外，在现有技术中，激光定位方法定位机器人需要处理大量的数据，因而复杂度高，并且，使用的传感器价格昂贵，而本发明利用电机反馈数据和相机扫描二维码定位机器人的位置，处理的数据相对较少，并且成本更低，因而更有利于机器人的市场应用。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人定位方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另外一种机器人定位方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的室内机器人定位导航示意图；

图4为本发明实施例提供的一种机器人定位方法具体实施方式的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种机器人定位系统的结构示意图。

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做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。

本发明实施例公开了一种机器人定位方法，其相应的流程图如图1所示，包括：

步骤S11：通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径。

需要进行说明的是，上述处理器用于接收机器人获取的数据并处理。具体的，处理器提供的导航路径为处理器根据机器人要到达的目标位置和机器人的初始位置，并结合当前的路况信息规划的。可以理解的是，上述目标导航路径可以是根据用户的需要规划的最优路径，当然，也可以根据用户的实际需求，如为避免众多机器人行驶拥堵，为指定机器人规划制定的导航路径等。

步骤S12：利用位于机器人底部的底盘根据导航路径进行行驶，并根据电机反馈的数据实时计算机器人里程，得到机器人的目标定位信息。

需要进行说明的是，上述底盘位于机器人的底部，能够完成直线行走、转弯和原地旋转功能。由于机器人的行走依靠电机的驱动，因此，电机反馈的数据能够反映电机的行驶数据，并根据上述行驶数据计算机器人里程，进而得到机器人的目标定位信息。

步骤S13：利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据预设二维码校正目标定位信息，以提高定位的精度。

需要进行说明的是，利用相机采集图像判断是否扫描到预设二维码的技术与利用手机“扫一扫”功能扫描二维码的原理是相似的，即利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。具体地，当相机扫描到二维码时，光源照射到二维码上后反射光穿过透镜会聚到相机的扫描模组上，由扫描模组把光信号转换成数字信号，即可通过数字信号判断相机是否扫描到预设二维码。

当上述相机扫描到预设二维码时，则说明机器人到达扫描到的预设二维码所在的位置，即得到了机器人的实际位置信息，这样，根据机器人的实际位置信息修正上述目标定位信息，从而提高机器人定位的精确度。

可见，本发明实施例通过利用电机反馈的数据计算机器人行驶的里程，得到目标定位信息，并利用相机扫描预设二维码，当相机扫描到预设二维码，说明机器人到达扫描到的预设二维码所在的位置，即获得机器人的实时位置信息，并利用获取的实时位置信息，对上述目标定位信息进行校正，从而提高机器人定位的精度。且在封闭的环境中采用此种方式进行导航定位能够避免由于封闭环境等因素造成的信号屏蔽引起的卫星定位失效或精确度失准等。

本发明实施例还提供了另外一种机器人定位方法，参见图2所示，包括：

步骤S21：通过处理器获取到达预定位置的指令，得到目标位置，并根据目标位置和初始位置，基于代价最小原则，计算最优路径序列，得到目标导航路径。

需要进行说明的是，上述代价最小原则为根据路径权重确定路径代价的原则。计算最优路径序列使用的算法通常是A*算法，当然，也可以是弗洛伊德等算法；需要进行说明的是，A*(A-Star)算法，是一种静态路网中求解代价最小最有效的直接搜索方法，也是解决许多搜索问题的有效算法。A*算法中的距离估算值与实际值越接近，最终搜索速度越快。需要进行进一步说明的是，A*算法在代价最小搜索算法中分为三类：第一类是直接搜索算法：直接在实际地图上进行搜索，不经过任何预处理；第二类是启发式算法：通过启发函数引导算法的搜索方向；第三类是静态图搜索算法：被搜索的图的权值不随时间变化(后被证明同样可以适用于动态图的搜索。

步骤S22：根据电机反馈的速度数据、加速度数据、时间数据实时计算机器人里程；根据初始位置与预设参考点的相对位置，将机器人里程转换为机器人相应的目标定位信息；其中，参考点根据目标导航路径选取。

需要进行明的是，利用电机反馈的速度数据、加速度数据、时间数据实时计算机器人里程的具体计算原理是利用物理学中的位移与速度、加速度和时间的关系。根据初始位置与预设参考点的相对位置即可得到机器人初始位置的实际位置信息，这样结合机器人的行走里程即可得到机器人的目标定位信息。

步骤S23：利用设置在底盘中心的相机，实时采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据预设二维码校正机器人的定位。

需要进行说明的是，利用相机实时采集图像判断是否扫描到预设二维码，这样通过实时收集图像的方式更准确，误差更小。需要进一步说明的是，利用相机实时采集图像判断是否扫描到预设二维码的技术，与利用手机“扫一扫”功能扫描二维码的原理是相似的，即利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换化为数字信号传输到计算机中处理。具体地，当相机扫描到二维码时，光源照射到二维码上后反射光穿过透镜会聚到相机的扫描模组上，由扫描模组把光信号转换成数字信号，即可通过数字信号判断相机是否扫描到预设二维码。

需要特别说明的是，二维码的贴放方式通常情况下是相应的二维码之间的距离时40-60cm，并且，二维码贴放的过程中记录二维码的码值及其对应的坐标，形成一组二维码信息，待全部二维码贴放完毕，则会产生对应的二维码信息文件。当上述相机扫描到预设二维码时，则说明机器人到达扫描到的预设二维码所在的位置，即得到了机器人的实际位置信息，这样，根据机器人的实际位置信息修正上述目标定位信息，从而提高机器人定位的精确度。

进一步的，当机器人到达预定位置时，结束机器人的定位导航任务。

本发明实施例还提供了一种机器人定位方法的具体实施方式，图3为机器人定位的导航示意图，图4为机器人定位的具体实施方式的流程图。需要对图3进行仔细说明的是，A为初始位置，B为目标位置；图中的1号边，2号边与3号边为根据目标导航路径构建的多边形的组成部分，1号边、2号边与3号边的交点即为上述实施例所述的预设参考点，其目的是由机器人在1号边、2号边与3号边的具体位置，集合机器人的里程确定机器人的实时定位信息。在机器人从A行走到B之前需要进行下述操作：

首先进行相机标定。采用相机标定板对相机进行标定得到相机内参。计算标定相机在机器人坐标系中的位置得到相机的外参。然后进行二维码贴放。首先在巡检路线上贴放二维码，二维码之间的距离根据情况而定，一般建议在40cm至60cm之间。二维码贴放的过程中记录二维码的码值及其对应的坐标，形成一组二维码信息，待全部二维码贴放完毕，则会产生对应的二维码信息文件。最后进行路线制作。绘制巡检的路线文件，机器人以此路线进行导航巡检。路线绘制为一条或多条边，边的两端划分根据情况而定，建议选取为贴放的二维码。待路线绘制完毕，可由边的链接关系和边长形成路线文件。

当机器人从起始点A运动到终点B的具体实施方式的流程图如图4所示，主要包括：

1、确定当前定位，并确定目标导航路径。由里程计算得到A点的定位信息，如机器人的初始位置在1号边的百分之五十；在处理器接收到目标位置B后，根据代价最小原则，得到A到B的路径序列，作为目标导航路径。

2、速度控制。根据目标导航路径，计算实时速度，实现直行、转弯和加减速平滑。

3、定位推算。根据电机的控制速度，实时计算里程并转换为机器人定位信息，如机器人到达1号边的百分之九十。

4、二维码校正。导航过程中，相机实时采集地面图像并分析，判断是否扫到二维码。当扫到二维码时，则根据扫到的码值校正机器人定位，否则直接跳转步骤5。

5、目标点判断。若到达目标点，跳转到步骤6，否则跳转步骤3。

6、结束导航。到达目标点B，结束定位导航任务。

可见，本发明实施例通过利用电机反馈的数据计算机器人行驶的里程，得到目标定位信息，并利用相机扫描预设二维码，当相机扫描到预设二维码，说明机器人到达扫描到的预设二维码所在的位置，即获得机器人的实时位置信息，并利用获取的实时位置信息，对上述目标定位信息进行校正，从而提高机器人定位的精度。需要特别说明的是，本发明实施例提供的机器人定位方法的定位精度为10mm，与现有技术的20mm相比，定位精度大幅度提高。

需要进一步说明的是，验证本发明实施例提供的机器人定位方法的定位精度为10mm的测试方法如下：

1、测量路线长度10米，先直行5米，再左转90°直行5米。

2、起始位置和终点位置固定，每次从起始点重复发送命令，控制机器人导航至终点，记录每次到达的位置并计算误差值。其中，起点位置坐标：(0.0，0.0)mm，终点坐标(5.0，5.0)m。

3、误差计算方法：设导航运动至终点得到的实际坐标值为(x,y),则误差：

测试数据及误差计算结果如表1所示：

表1

起点	终点	差值(mm)
			(0,0)	(4.9916,5.0074)	11.1946
(0,0)	(5.0055,4.9913)	10.2927
			(0,0)	(5.0092,4.9984)	9.33809
(0,0)	(4.9988,4.9891)	10.9659
			(0,0)	(5.0072,5.0033)	7.92023
(0,0)	(5.0045,4.9913)	9.7949
			(0,0)	(5.0088,5.0015)	8.92693
(0,0)	(4.9896,5.0022)	10.6301
			(0,0)	(4.9926,5.007)	10.1863
(0,0)	(4.9923,4.9939)	9.82344

由上表的统计结果进一步计算可知，误差的平均值为9.90mm，即可证明本发明实施例提供的机器人定位方法的定位精度为10mm。

相应的，本发明实施例还提供一种机器人定位系统，如图5所示，包括：

路径获取模块11，用于通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径；

定位信息获取模块12，用于利用位于机器人底部的底盘根据导航路径进行行驶，并根据电机反馈的数据实时计算机器人里程，得到机器人的目标定位信息；

定位信息校正模块13，用于利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据预设二维码校正目标定位信息，以提高定位的精度。

相应的，本发明实施例还提供一种机器人定位设备，机器人定位设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的机器人定位程序，机器人定位程序配置为实现如上述的机器人定位方法的步骤。

相应的，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有单芯片机器人定位程序，机器人定位程序被处理器执行时实现如上述的机器人定位方法的步骤。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种机器人定位方法、系统、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种机器人定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的机器人定位方法，其特征在于，所述通过处理器获取机器人行驶的导航路径，得到目标导航路径的过程包括：

3.根据权利要求2所述的机器人定位方法，其特征在于，所述通过处理器获取到达预定位置的指令，得到目标位置，并根据所述目标位置和初始位置，基于代价最小原则，计算最优路径序列，得到目标导航路径的过程包括：

4.根据权利要求1所述的机器人定位方法，其特征在于，所述根据电机反馈的数据实时计算所述机器人里程，并转换为所述机器人的定位信息的过程包括：

其中，所述参考点根据所述目标导航路径选取。

5.根据权利要求1所述的机器人定位方法，其特征在于，所述利用设置在底盘中心的相机，采集地面图像，判断是否扫描到预设二维码，若是，则根据所述预设二维码校正所述机器人的定位的过程包括：

6.根据权利要求1所述的机器人定位方法，其特征在于，还包括：

当所述机器人到达目标位置时，结束定位导航任务。

7.根据权利要求1至6任一项所述的机器人定位方法，其特征在于，所述预设二维码的贴放方式包括：

相邻的二维码之间的距离范围为40-60cm。

8.一种机器人定位系统，其特征在于，包括：

9.一种机器人定位设备，其特征在于，所述机器人定位设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机器人定位程序，所述机器人定位程序配置为实现如权利要求1至7任一项所述的机器人定位方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有单芯片机器人定位程序，所述机器人定位程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的机器人定位方法的步骤。