CN108955668A - 一种融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公开了一种融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统，方法包括：获取视觉传感器采集的图像；分析图像包含的内容的类型；若图像包含色带且不包含完整二维码，则控制载体继续循着当前色带行走；若图像包含完整二维码，则读取二维码记录的ID信息，判断下一阶段的运行模式，并控制载体按照下一阶段的运行模式运动。本发明的技术方案通过设置二维码与色带混合使用的导航辅助单元，使得导航装置借助同一视觉传感器即可完成跟踪色带、识别二维码信息、根据二维码位置更正载体位置的功能，减少了二维码的布局密度，使得二维码的维护工作方便，同时利用色带可有效防止载体在二维码之间跑偏，也使得整个导航系统能胜任复杂的调度。

Description

一种融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统。

背景技术

当前在工业生产以及生活领域，各类自主导航机器人、自主导航AGV等类型的导航装置越来越普遍，由于其具有可极大地提升生产效率的特征而大受欢迎。

导航技术是自主导航机器人、自主导航AGV等类型的导航装置的最主要的核心技术之一。现有的工业中的用于执行任务的机器人一般都采用二维码或色带进行导航，采用二维码导航的技术，需要在作业区域密布设置二维码，由于机器人在二维码之间行走没有约束条件，为了防止机器人跑偏，二维码的布局密度要布得很密，一般一两米就要设置一个二维码，由于二维码记录有重要信息，且容易磨损，因此需要对二维码进行定期维护，这个过程比较繁琐。而采用色带导航，其成本虽然较低，但是其一般引用于对导航精度比较低的场合，且也只能应用于场景比较简单的场合，往往只能完成几个点位之间的往返、或者驱动导航装置在一个闭合的色带上循环运动，无法实现对导航装置的复杂调度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统，旨在融合二维码导航技术与色带导航技术的优点，使得整个导航系统方便维护且能胜任复杂的调度。

技术方案：为实现上述目的，本发明公开了一种融合二维码与色带的复合导航方法，所述方法包括：

获取视觉传感器采集的图像；

分析所述图像包含的内容的类型；

若所述图像包含色带且不包含完整二维码，则控制载体继续循着当前色带行走；若所述图像包含完整二维码，则读取二维码记录的ID信息，判断下一阶段的运行模式，并控制所述载体按照下一阶段的运行模式运动。

可选地，所述下一阶段的运行模式包括：根据图像计算载体的精确位置并精确调整所述载体的位姿。

可选地，所述根据图像计算载体的精确位置具体包括：

对图像按设定处理方式处理得到二维码边框以及二维码边框的角点坐标；

根据所述二维码边框的角点坐标计算二维码与所述视觉传感器的相对位置与角度关系，进而推算出所述载体的位姿。

可选地，所述对图像按设定处理方式处理得到二维码边框以及二维码边框的角点坐标具体包括：

对所述图像进行二值化处理，得到灰度图像；

利用区域生长方法对所述灰度图像进行处理，提取得到图像中包含的边框；

对得到的边框进行筛选，得到二维码边框；

根据二维码边框求取其角点坐标。

可选地，所述下一阶段的运行模式包括：停止运动、或离开二维码所在位置并循着从该二维码发散出去的一条色带行走、或旋转设定角度后离开二维码所在位置并循着从该二维码发散出去的一条色带行走。

可选地，控制所述载体循着色带行走的方法包括：

根据所述图像判断所述色带的偏移量；

根据所述偏移量制定修正策略；

根据修正策略控制所述载体运动。

可选地，所述根据所述图像判断所述色带的偏移量包括：

对图像数据进行自适应阈值二值化处理，得到灰度图像；

对图像数据进行腐蚀膨胀处理，腐蚀掉其中小的干扰区域，并补全小的孔洞；

从图像数据两边向中中间扫描，求出色带的中心点；

拟合直线，求出色调中心点与图像中心的偏差，求出拟合直线的斜率。

可选地，所述方法还包括另一线程的避障程序，所述避障程序具体包括：

获取避障传感器的探测数据；

根据所述探测数据判断载体前进方向上安全距离内是否存在障碍物；是则停止所述载体的运动，否则继续执行当前的运动。

一种融合二维码与色带的复合导航装置，包含

存储单元，用于存储可执行程序；

处理单元，用于执行所述可执行程序以实现如上所述的融合二维码与色带的复合导航方法；

载体，其包含至少两个驱动轮，可受所述处理单元驱动运动；

视觉传感器，用于为所述处理单元获取地面的图像；

避障传感器，用于探测障碍物。

一种融合二维码与色带的复合导航系统，包含上述的融合二维码与色带的复合导航装置以及固定在地面的导航辅助单元，所述导航辅助单元包括若干色带与若干二维码，每根色带的首尾两端均设置有二维码，且从每个二维码至少发散出一根色带；每个二维码记录有唯一的ID信息，且每个二维码的位置均记录在所述存储单元中。

有益效果：本发明的融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统，通过设置二维码与色带混合使用的导航辅助单元，使得导航装置借助同一视觉传感器即可完成跟踪色带、识别二维码信息、根据二维码位置更正载体位置的功能，减少了二维码的布局密度，使得二维码的维护工作方便，同时利用色带可有效防止载体在二维码之间跑偏，也使得整个导航系统能胜任复杂的调度，减少了调度难度。

附图说明

附图1为实现本发明各个实施例的一种融合二维码与色带的复合导航装置的硬件结构示意图；

附图2为本发明实施例提供的一种融合二维码与色带的复合导航系统的组成图；

附图3为本发明实施例一提供的一种融合二维码与色带的复合导航方法的流程图；

附图4为根据二维码在图像中的位置调整载体的精确位置的流程图；

附图5为载体循着色带行走的方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

本发明的融合二维码与色带的复合导航装置可以以各种形式来实施。例如，本发明中描述的终端设备为仓储机器人、导览机器人、家用机器人、AGV等可进行自主移动的机器人、车、物的形态。

请参照附图1，其为实现本发明各个实施例的一种融合二维码与色带的复合导航装置(下简称：导航装置100)的硬件结构示意图，该导航装置100可以包括存储单元110、处理单元120、载体130、视觉传感器140以及避障传感器150等部件，本领域技术人员可以理解，图1中示出的导航装置100的结构并不构成对导航装置100的限定，导航装置100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面结合附图1对导航装置100的各个部件作具体介绍：

存储单元110可用于存储软件程序以及其他数据，存储单元110内部可包含软件存储区以及数据存储区，数据存储区可存储该导航装置100的运动区域的地图数据以及二维码300的位置数据等数据，软件存储区存储有至少一种所需的可执行程序；

处理单元120是导航装置100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个导航装置100的各个部分，通过运行或执行存储在存储单元110内的软件程序，以及调用存储在存储单元110内的数据，接收导航装置100各类用于数据采集的传感器的数据，执行导航装置100的各种功能和处理数据，从而对导航装置100进行整体控制；

载体130是导航装置100的机械移动平台，其包含两个主动轮131(主动轮131的数量也可以多于两个)，主动轮131由驱动电机132驱动转动，驱动电机132由处理单元120控制转动，此处的驱动电机132一般为伺服电机或其他带有编码器或霍尔传感器等闭环控制模块的电机，处理单元120通过向驱动电机132发送脉冲驱动驱动电机132的转动角位移量实现对载体130运动的精确控制。载体130可受驱动进行前进、后退、原地旋转等动作。

视觉传感器140是导航装置100的最主要的传感器，其可采集地面上的图像，并传输给处理单元120，视觉传感器140的形式可以是相机，也可以是其他形式的专门用途的传感器。

避障传感器150是导航装置100的辅助传感器，其可以探测载体130的前进方向上是否存在障碍物，处理单元120根据其提供的数据可以防止碰到人或物，避障传感器150的形式可以是激光雷达、超声传感器、红外线传感器、相机等等。

上述视觉传感器140与避障传感器150均安装在载体130上，处理单元120与存储单元110一般是固定安装在载体130上，可随载体130运动，也可以外置于载体130，并通过无线通信等手段与载体130进行双向数据交换。

请参考附图2，基于上述导航装置100的融合二维码与色带的复合导航系统包含包含融合二维码与色带的复合导航装置以及固定在地面的导航辅助单元，所述导航辅助单元包括若干色带200与若干二维码300，色带200与二维码300组成网络状导航路径，每根色带200的首尾两端均设置有二维码300，且从每个二维码300至少发散出一根色带200；每个二维码300记录有唯一的ID信息，二维码300的位置坐标为预先测得，且每个二维码300的位置坐标均记录在所述存储单元110中。

系统运行时，处理单元120通过解析视觉传感器140获取的带有二维码的图像中的二维码包含的ID信息，即可知道载体130的位置。

基于该导航系统的导航方法大体为：根据载体130的当前位置与目标位置，处理单元120可规划出一条导航路径，然后驱动所述载体130沿着导航路径行走。载体130沿着导航路径行走主要是循着色带200行走，二维码300是其运动流程的中转站或终点站，载体130每到一个二维码300位置，处理单元120根据二维码300的ID信息获知载体130的位置坐标，然后决策下一步是直行、左转、右转还是已经到达目的地。这种调度方式中载体130主要是沿着色带200行走，色带200起到了导引作用，同时作为二维码200之间连接的桥梁，色带200起到了防跑偏的作用，解决了传统二维码导航二维码之间没有限制条件载体易跑偏的问题，且本实施例中，色带200不限于是直线布置，也可以是曲线布置，使得载体130可以在较便捷的路径中作业，区别于纯二维码导航机器人只能横平竖直行走。

请参考附图3，融合二维码与色带的复合导航方法，所述方法包括如下步骤S401-S403：

在步骤S401中，获取视觉传感器140采集的图像；

在步骤S402中，分析所述图像包含的内容的类型，此处图像包含的内容的类型包含色带与二维码两种；

在步骤S403中，若所述图像包含色带200且不包含完整二维码300，则控制载体130继续循着当前色带200行走；若所述图像包含完整二维码300，则读取二维码300记录的ID信息，判断下一阶段的运行模式，并控制所述载体130按照下一阶段的运行模式运动。

步骤S403中所述的下一阶段的运行模式包括二维码300作为中转站的情形下的下一阶段的运行模式以及二维码300作为终点站时的下一阶段的运行模式。

二维码300作为终点站时，下一阶段的运行模式为：根据图像计算载体130的精确位姿并精确调整所述载体130的位姿。此状况下二维码不仅可提供ID信息使得处理单元120可获知载体130的位置，还可以作为参照物，根据二维码300在图像中的位置，可获知二维码300相对于视觉传感器140的位置，也即二维码300相对于载体130的位置，根据图像计算载体130的精确位姿的具体过程具体请参考附图4，包括如下步骤S501-S502：

步骤S501，对图像按设定处理方式处理得到二维码边框以及二维码边框的角点坐标；

步骤S502，根据所述二维码边框的角点坐标计算二维码与所述视觉传感器的相对位置与角度关系，进而推算出所述载体的位姿。

其中，步骤S501具体包括下列步骤S501a-S501d：

步骤S501a，对所述图像进行二值化处理，得到灰度图像；

步骤S501b，利用区域生长方法对所述灰度图像进行处理，提取得到图像中包含的边框；

步骤S501c，对得到的边框进行筛选，得到二维码边框；

步骤S501d，根据二维码边框求取其角点坐标。

二维码300作为中转站时，所述下一阶段的运行模式包括：停止运动、或离开二维码300所在位置并循着从该二维码300发散出去的一条色带200行走、或旋转设定角度后离开二维码300所在位置并循着从该二维码300发散出去的一条色带200行走。

可选地，请参考附图5，上述控制所述载体130循着色带200行走的方法包括如下步骤S601-S603：

S601，根据所述图像判断所述色带200的偏移量；

S602，根据所述偏移量制定修正策略；

S603，根据修正策略控制所述载体130运动。

上述步骤S601具体包括如下步骤S601a-S601d：

S601a，对图像数据进行自适应阈值二值化处理，得到灰度图像；

S601b，对图像数据进行腐蚀膨胀处理，腐蚀掉其中小的干扰区域，并补全小的孔洞；

S601c，从图像数据两边向中中间扫描，求出色带200的中心点；

S601d，拟合直线，求出色调中心点与图像中心的偏差，求出拟合直线的斜率。

可选地，所述方法还包括另一线程的避障程序，所述避障程序具体包括如下步骤A1-A2：

A1，获取避障传感器150的探测数据；

A2，根据所述探测数据判断载体130前进方向上安全距离内是否存在障碍物；是则停止所述载体130的运动，否则继续执行当前的运动。

这样可以避免载体130撞到临时路过的人或物，也可避免其相互碰撞。

本发明的融合二维码与色带的复合导航方法、装置及系统，通过设置二维码与色带混合使用的导航辅助单元，使得导航装置借助同一视觉传感器即可完成跟踪色带、识别二维码信息、根据二维码位置更正载体位置的功能，减少了二维码的布局密度，使得二维码的维护工作方便，也使得整个导航系统方便维护且能胜任复杂的调度，也减少了调度难度。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述方法包括：

获取视觉传感器采集的图像；

分析所述图像包含的内容的类型；

若所述图像包含色带且不包含完整二维码，则控制载体继续循着当前色带行走；若所述图像包含完整二维码，则读取二维码记录的ID信息，判断下一阶段的运行模式，并控制所述载体按照下一阶段的运行模式运动。

2.根据权利要求1所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述下一阶段的运行模式包括：根据图像计算载体的精确位姿并精确调整所述载体的位姿。

3.根据权利要求2所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述根据图像计算载体的精确位姿具体包括：

对图像按设定处理方式处理得到二维码边框以及二维码边框的角点坐标；

根据所述二维码边框的角点坐标计算二维码与所述视觉传感器的相对位置与角度关系，进而推算出所述载体的位姿。

4.根据权利要求3所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述对图像按设定处理方式处理得到二维码边框以及二维码边框的角点坐标具体包括：

对所述图像进行二值化处理，得到灰度图像；

利用区域生长方法对所述灰度图像进行处理，提取得到图像中包含的边框；

对得到的边框进行筛选，得到二维码边框；

根据二维码边框求取其角点坐标。

5.根据权利要求1所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述下一阶段的运行模式包括：停止运动、或离开二维码所在位置并循着从该二维码发散出去的一条色带行走、或旋转设定角度后离开二维码所在位置并循着从该二维码发散出去的一条色带行走。

6.根据权利要求1-5任一项所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，控制所述载体循着色带行走的方法包括：

根据所述图像判断所述色带的偏移量；

根据所述偏移量制定修正策略；

根据修正策略控制所述载体运动。

7.根据权利要求6所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述根据所述图像判断所述色带的偏移量包括：

对图像数据进行自适应阈值二值化处理，得到灰度图像；

对图像数据进行腐蚀膨胀处理，腐蚀掉其中小的干扰区域，并补全小的孔洞；

从图像数据两边向中中间扫描，求出色带的中心点；

拟合直线，求出色带中心点与图像中心的偏差，求出拟合直线的斜率。

8.根据权利要求1-5任一项所述的融合二维码与色带的复合导航方法，其特征在于，所述方法还包括另一线程的避障程序，所述避障程序具体包括：

获取避障传感器的探测数据；

根据所述探测数据判断载体前进方向上安全距离内是否存在障碍物；是则停止所述载体的运动，否则继续执行当前的运动。

9.一种融合二维码与色带的复合导航装置，其特征在于，包含

存储单元，用于存储可执行程序；

处理单元，用于执行所述可执行程序以实现如权利要求1-8任一项所述的融合二维码与色带的复合导航方法；

载体，其包含至少两个驱动轮，可受所述处理单元驱动运动；

视觉传感器，用于为所述处理单元获取地面的图像；

避障传感器，用于探测障碍物。

10.一种融合二维码与色带的复合导航系统，其特征在于，包含如权利要求9所述的融合二维码与色带的复合导航装置以及固定在地面的导航辅助单元，所述导航辅助单元包括若干色带与若干二维码，每根色带的首尾两端均设置有二维码，且从每个二维码至少发散出一根色带；每个二维码记录有唯一的ID信息，且每个二维码的位置均记录在所述存储单元中。