CN109086843A - 一种基于二维码的移动机器人导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于二维码的移动机器人导航方法，通过一安装有车轮编码器、激光测距仪、Kinect传感器及机载服务器的移动机器人和能生成二维码的智能终端来实施，所述方法包括：所述机载服务器获得所述激光测距仪的位姿信息数据，构建并存储环境的二维地图；所述机载服务器将所述二维地图信息传送到所述智能终端，生成二维码图像；利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像，获取所述二维码图像中的位置信息；所述移动机器人根据所述二维码图像中的位置信息，规划导航路线，进行自主导航。采用本发明可以使自主导航系统的输入方式更为简单可视化，降低了用户操作难度，更适合于用户使用，可以快速实现二维码导航。

Description

一种基于二维码的移动机器人导航方法
技术领域
本发明涉及一种移动机器人导航方法，尤其涉及一种基于二维码的移动机器人导航方法。
背景技术
随着计算机技术，卫星定位系统以及互联网技术的飞速发展，基于室内外环境构图以及定位技术在现实生活中得到了大量应用。当前，室内外环境的地图构建导航问题已经变成了一个热门领域，虽然基于激光雷达构建二维地图下导航的方法已经相对成熟和完整，但所述方法比较繁琐，需要多次的输入和操作目标点位置，而且可能需要更多传感器来融合，因此基于二维地图下二维码导航的方法也开始变得流行起来。
目前，在室内外环境中进行二维码导航比较流行，通常是在室内外的环境中粘贴二维码图片，用来作为目标点，常见的问题是在输入位置点时需多次输入，比较繁琐且浪费时间。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于二维码的移动机器人导航方法。可解决移动机器人在室内外环境中导航问题，且解决耗时的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于二维码的移动机器人导航方法，通过一安装有车轮编码器、激光测距仪、Kinect传感器及机载服务器的移动机器人和能生成二维码的智能终端来实施，包括以下步骤：
S1、所述机载服务器获得所述激光测距仪的位姿信息数据，构建并存储环境的二维地图；
S2、所述机载服务器将所述二维地图的信息传送到所述智能终端，生成二维码图像；
S3、利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像，所述机载服务器获取所述二维码图像中的位置信息；
S4、所述机载服务器根据所述二维码图像中的位置信息，规划导航路线，使所述移动机器人进行自主导航。
进一步地，所述步骤S2具体包括：
S21、所述机载服务器将所述二维地图信息中所包含的目标位置信息传送到所述智能终端；
S22、所述智能终端利用所安装的二维码生成软件，将所述智能终端接收到的目标位置信息编码生成二维码图像。
更进一步地，所述步骤S3具体包括：
利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像并对所述二维码图像进行解码，获取所述二维码图像中的目标位置信息。
更进一步地，所述智能终端为便于携带的电子设备。
更进一步地，所述步骤S4包括：
S41、所述Kinect传感器将接收到的目标位置信息传送至所述机载服务器，所述机载服务器根据目标位置信息，规划导航路线；
S42、所述机载服务器根据所规划的导航路线发送指令控制所述移动机器人进行自主导航。
更进一步地，所述的所规划的导航路线为所述移动机器人到目标位置所用时间和距离最短的路线。
更进一步地，所述激光测距仪的扫描范围为360°，最大测量距离为6米，所述Kinect传感器的水平和垂直观测角度分别是57.5°和43.5°，工作距离为0.8-4米。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明的工作只需一个移动机器人就可以完成，所用的实验材料成本低，环境适用性强，本发明利用移动机器人生成二维地图，并将带有位置信息的二维地图传送至智能终端，所述智能终端解码带有目标位置信息的二维地图，生成含有目标位置信息的二维码图像，所述移动机器人通过Kinect传感器扫描所述二维码图像，规划导航路线，实现准确快速的二维码自主导航。
附图说明
图1是本发明基于二维码的移动机器人导航方法的流程图；
图2是本发明一实施例的基于二维码的移动机器人导航方法的示意图；
图3是移动机器人在实验环境中所构建的二维地图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例的实验环境为某实验室大厅和各个小房间的室内环境。在实施中，移动机器人探测实验室的公开区域。
本实施例中使用TurtleBot移动机器人，在所述移动机器人上安装有车轮编码器，激光测距仪，Kinect传感器和机载服务器，在本实施例中，所述激光测距仪为Rplidar激光雷达，所述Rplidar激光雷达的扫描范围为360°，最大测量距离为6米。所述机载服务器为一台笔记本电脑，在所述笔记本电脑中采用系统为Ubuntu系统，并搭建有ROS系统平台，为顺利实现本发明实施例，在所述笔记本电脑中采用了Opencv开源软件，并采用C++来编程实现为了实现本发明的实时性和稳定性，利用游戏手柄控制移动机器人来构建实验室的二维地图。
可以理解的，在其他实施例中，所述激光测距仪除Rplidar激光雷达外，也可以为sick或声呐传感器中的一种。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供的一种基于二维码的移动机器人导航方法，包括如下步骤：
S1、所述机载服务器获得所述激光测距仪的位姿信息数据，构建并存储环境的二维地图；
二维地图构建过程为：所述移动机器人在移动过程中，为了能实现实时定位与地图构建，在本实施例中采用了基于Rao-Blackwellized粒子滤波器的FastSLAM方法，SLAM(Simultaneous Localization And Mapping，同步定位与地图创建)是指移动机器人在未知环境中构建地图，并同时使用所述地图进行定位与导航。本发明将SLAM问题，分解为移动机器人姿态和路标在地图的位置两个递归算法。所述移动机器人采用激光测距仪获得数据并结合粒子滤波来估计所述移动机器人的路径位姿；FastSLAM方法使用EKF(ExtendedKalman Filter，扩展卡尔曼滤波)来进行路标评估，估计环境特征位置。
EKF使用运动模型和测量模型来获得准确的位置关系。运动模型基于上一时刻的状态和控制系统，去估计下一时刻位置状态；测量模型根据传感器测量获得数据以及运动模型得到的状态，两个数据更新获得移动机器人准确的位置。从而根据路径位姿和环境特征，构建出室内外环境二维地图并实时定位。利用上述方法步骤，得到实验环境的二维地图见图3所示。
S2、所述机载服务器将所述二维地图信息传送到所述智能终端，生成二维码图像；
在本实施步骤中，所述笔记本将所述二维地图中包含的目标信息传送到所述智能终端，本实施例中，所述智能终端为智能手机，所述智能手机打开安装的能产生二维码图像的App，将移动机器人需要到达目标点的位置坐标信息输入到所述App中，所述App根据输入的目标点位置坐标信息进行编码，产生二维码图像。
S3、利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像，获取所述二维码图像中的位置信息；
利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像并对所述二维码图像进行解码，获取所述二维码图像中的目标位置的坐标信息。
S4、所述移动机器人根据所述二维码图像中的目标位置的坐标信息，规划导航路线，进行自主导航。
根据算法的解码信息，得出所述移动机器人要到达目标点的坐标位置信息，然后利用基于ROS下规划导航路线；所述移动机器人的导航路线是为从起始坐标位置到目标坐标位置的计算时间和路线最短的路线；所述导航路线规划完成后，发送目标位置坐标信息到所述移动机器人，移动机器人根据所述机载服务器发送的命令要求，实施自主导航，到达目的地。
综上，本发明的基于二维码的移动机器人导航方法，利用移动机器人生成二维地图，并将带有位置信息的二维地图传送至智能终端，所述智能终端解码带有目标位置信息的二维地图，生成含有目标位置信息的二维码图像，所述移动机器人通过Kinect传感器扫描所述二维码图像，规划导航路线，实现准确快速的二维码自主导航。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种基于二维码的移动机器人导航方法，通过一安装有车轮编码器、激光测距仪、Kinect传感器及机载服务器的移动机器人和能生成二维码的智能终端来实施，其特征在于，包括以下步骤：
S1、所述机载服务器获得所述激光测距仪的位姿信息数据，构建并存储环境的二维地图；
S2、所述机载服务器将所述二维地图的信息传送到所述智能终端，生成二维码图像；
S3、利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像，所述机载服务器获取所述二维码图像中的位置信息；
S4、所述机载服务器根据所述二维码图像中的位置信息，规划导航路线，使所述移动机器人进行自主导航。
2.根据权利要求1所述的基于二维码的移动机器人导航方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、所述机载服务器将所述二维地图信息中所包含的目标位置信息传送到所述智能终端；
S22、所述智能终端利用所安装的二维码生成软件，将所述智能终端接收到的目标位置信息编码生成二维码图像。
3.根据权利要求2所述的基于二维码的移动机器人导航方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
利用所述Kinect传感器扫描所述智能终端生成的二维码图像并对所述二维码图像进行解码，获取所述二维码图像中的目标位置信息。
4.根据权利要求2所述的基于二维码的移动机器人导航方法，其特征在于，所述智能终端为便于携带的电子设备。
5.根据权利要求1所述的基于二维码的移动机器人导航方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41、所述Kinect传感器将接收到的目标位置信息传送至所述机载服务器，所述机载服务器根据目标位置信息，规划导航路线；
S42、所述机载服务器根据所规划的导航路线发送指令控制所述移动机器人进行自主导航。
6.根据权利要求5所述的基于二维码的移动机器人导航方法，其特征在于，所述的所规划的导航路线为所述移动机器人到目标位置所用时间和距离最短的路线。
7.根据权利要求1所述的基于二维码的移动机器人导航方法，其特征在于，所述激光测距仪的扫描范围为360°，最大测量距离为6米，所述Kinect传感器的水平和垂直观测角度分别是57.5°和43.5°，工作距离为0.8-4米。
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