CN112074706A

CN112074706A - 精确定位系统

Info

Publication number: CN112074706A
Application number: CN201880092763.XA
Authority: CN
Inventors: 夏庆华
Original assignee: Unitech Mechatronics Pte Ltd
Current assignee: Unitech Mechatronics Pte Ltd
Priority date: 2018-04-28
Filing date: 2018-04-28
Publication date: 2020-12-11
Also published as: WO2019209169A1

Abstract

本发明公开了一个精确定位系统，可以达到几毫米以下的定位精度，它由摄像机、微控制器、成像面板、惯性测量单元和高度计构成，所述成像面板的中心区域由光学滤波材料制成，其余区域由扩散材料制成。摄像机捕捉无缘或投射标记的图像，并获得其相对于地标坐标系的姿势。如果无缘标记和投射标记固定在某些位置，则它们的全局姿态是已知的。在已知定位系统与摄像机坐标系、标记坐标系和世界坐标系之间的关系的情况下，定位系统相对于世界坐标系的全局姿态将能够被获取。高度计可以用来获得高度信息。利用高度信息以及在XY平面的全局姿态信息，就可以确定系统在三维空间中的全局姿态。

Description

精确定位系统

技术领域

本发明公开了一种成像面板、摄像机、惯性测量单元、高度计和形成精确定位系统的MCU，用于获得其相对于无源或投射标记的姿态。

背景技术

精确定位系统对于例如无人飞行器(UAV)或无人地面车辆(UGV)之类的移动机器人的导航至关重要。对于某些需要移动操作的应用，定位和定位精度至关重要。

市场上已有采用超声传感器、红外传感器、激光测距仪、无线信标和视觉的定位系统。

基于超声或红外传感器的定位系统的问题是，该系统只能提供位置信息，而不能提供方位信息。为了便于导航，移动机器人需要额外的传感器来获取方位信息。

基于激光测距仪的定位系统的问题是，在某些动态环境下，计算出的位置精度可能会下降。有时候，在某些情形下根本无法获得自己的位置。

有一种基于视觉的定位系统，该系统使用摄像机从地面上的标记中获取其姿态。但是，标记很容易损坏，或者在某些地方不允许将其放置在地面上。另外，这种系统不能用于UAV上的定位。

使用视觉同步定位和建图方法(vSLAM)的基于视觉的系统的位置精度会受到不断变化的照明条件和动态环境的影响。有时，在某些情况下根本无法获得自己的位置。

无线定位系统存在非视距条件的不确定性和无线电多径问题，这会影响定位精度。

作为基于标记的系统的示例，专利WO 2004/015369 A2公开了一种跟踪、自动校准和地图生成系统，以在天花板上的人工标记作为定位方法之一。专利CN 102419178 A公开了一种基于捕捉天花板上的红外标记的移动机器人定位系统和方法。专利CN 102135429 A公开了一种基于天花板上的无源标记的室内定位系统。专利WO 2008/013355 A1公开了一种用于使用里程计和照射红外标记的组合来计算位置的系统和方法。

这些系统采用摄像机来捕获无源或照射的人工标记图像。摄像机和标记之间的距离越远，定位精度越低。此外，这些标记不包含便于从不同距离进行图像识别的，具有不同大小和样式的子标记。此外，无源或发光人工标记的有效图像识别距离比投射标记的有效图像识别距离短。

发明内容

本发明的目的是提供一种定位系统，该定位系统可用于UAV和UGV，具有确定和精确的定位精度。

根据本发明，可以实现小于几毫米定位精度的精确定位系统包括成像面板、摄像机、惯性测量单元、高度计和MCU。

根据本发明的第一方面，无源或投射标记由子标记组成，所述子标记结合了大、中和小二维码，以及围绕该二维码的实心和空心的圆和正方形的组。

根据本发明的第二方面，成像面板位于摄像机的焦距范围内。成像面板的中心区域由用于过滤掉不需要的光谱的光过滤材料制成，摄像机可以直接通过滤光片看到无源标记，并获得其相对于标记的姿态。成像面板的其余区域由扩散材料制成，用于捕获投射到其上的标记图像。

根据本发明的第三方面，可以在移动机器人上将成像面板、摄像机和MCU安装在移动机器人上以获得其全局姿态信息。

根据本发明的第四方面，可以使用移动机器人上的高度计来获取其高度信息，而惯性测量单元与移动机器人的里程计一起可以用于在无法从标记或投射标记获取信息时估计其位置。

根据本发明的第五方面，可以将无源或投射标记放置在托盘上，以利于托盘和移动叉车之间的精确对准以进行操纵。

根据本发明的第六方面，可以将定向RFID标签放置在用于移动叉车的托盘或柜子上以了解其大致的姿态，然后借助其上的无源或投射标记来执行精确的操纵任务。

根据本发明的第七方面，可以将无源标记或投射标记放在人的外套上，以使移动机器人能够跟随。

根据本发明的第八方面，提供了一种无人机(UAV)，其配备有成像面板、摄像机、惯性测量单元、光检测和测距传感器、红外投射仪、高度计以及用于在建筑物周围导航的MCU。

根据本发明的第九方面，建筑物照明装置可以用作无人机导航的参考位置。可以将无源标记和投射标记安装在照明装置旁边，以进行无人机定位。投射仪向下投射标记，以供无人机上的摄像机捕获。

根据本发明的第十方面，使用无人机上的高度计来获取无人机的高度信息，而惯性测量单元以及光检测和测距传感器可以用于在位置和方向信息无法从照明装置、标记或投射标记获得时估计其姿态。

根据本发明的第十一方面，UAV上的红外投射仪用于将光投射到照明装置上，以触发其运动传感器，并基于亮度水平变化来判断照明装置的工作状态。

附图说明

图1示出了无源标记、标记投射仪、成像面板和摄像机；

图2示出了成像面板和摄像机；

图3示出了投射到面板上的QR码图像的图像处理过程；

图4示出了相对于摄像机坐标系的投射QR码的姿态；

图5示出了将标记阵列投射到地面上的情形；

图6示出了安装有定位系统的无人机的构造；

图7示出了用于物料配送的无人机机队；

图8示出了用于物料搬运的移动叉车；

图9示出了一种标记构造；

图10示出了具有大和小QR码的一种子标记构造的类型；

图11示出了具有中和小QR码的子标记构造的类型；

图12示出了具有实心和空心的圆的一种子标记构造的类型；

图13示出了具有实心和空心的正方形的一种子标记构造的类型；

图14示出了定位系统中的部件的坐标系；

图15示出了QR码投射的概念；

图16示出了在X方向上、天花板和投射标记之间的关系；

图17示出了在Y方向上、天花板投射标记之间的关系；

图18示出了具有标记的托盘的构造；

图19示出了使用自主移动叉车进行的托盘提升；

图20示出了带有定向RFID标签的托盘；

图21示出了带有定向RFID标签的机柜；

图22示出了跟随携带无源或投射标记人员的机器人；

图23示出了无人机在以标记为参考的建筑物中导航；

图24示出了无人机以投射标记进行导航；

图25示出了UAV投射红外光以触发照明装置的运动传感器。

具体实施方式

如图1所示，投射仪100将标记投射到位于摄像机101的焦距范围内的成像面板102上。成像面板102由在其中心区域的光学滤光材料和在该区域的其余部分的扩散材料组成。摄像机101可以通过滤光器104捕获无源标记图像103，或者投射到成像面板102的扩散区域上的标记图像。

标记可以二维码或其他可由MCU识别和处理的图像模式的形式出现。

如图2所示，可以将标记的一副或多副图像投射到面板102上，并且摄像机101捕获该图像并将其传输到MCU以进行处理。

图3示出了在成像面板上投射的QR码(二维码)的MCU图像处理过程。首先将面板上捕获的图像转换为黑白图像，然后识别图像边缘的三个正方形。基于所识别出的三个正方形，将局部坐标系O_q赋给QR码，并且可以获得四个角D1、D2、D3、D4的坐标。QR码的内容是唯一的，并表示其相对于标记坐标系O_m的相对位置。

如图4所示，基于如图3所示获得的QR码坐标，可以获得图像相对于摄像机坐标系O_c的局部姿态。一旦固定后，所有标记的全局姿态都将是已知的。有了这些信息，就可以获取摄像机在XY平面上的全局姿态。

图5示出了将标记阵列投射到地面上以进行定位时的情形。

如图6所示，成像面板102和摄像机101可以安装在无人机上。当无人机飞行在如图5所示的投射标记的阵列内时，一副或多副标记图像将被投射到面板上。基于图3和4所示的过程，可以获得用于导航目的UAV的全局姿态。无人机上的高度计可用于获取其相对于地面的高度信息。利用高度信息以及XY平面中的全局姿态，可以确定无人机在3维空间中的全局姿态。惯性测量单元与移动机器人的里程计，可以是视觉里程计的形式，可用于在没有来自标记的信息的期间内估算其姿态。

基于上述定位系统，无人机机群可以部署在室内，以实现快速的点对点物料配送，如图7所示。

如图8所示，还可以将成像面板、摄像机和MCU放在例如自动叉车之类的UGV上，以进行定位、导航和精确操纵。

图9示出了一种具有大、中和小QR码，再加上实心和空心的正方形和圆形的标记类型。

图10示出了形成图9中所示的标记的一部分的一种子标记类型。大QR码内部嵌套有小QR码，在大QR码的四个角附近围有四个小QR码。在水平和垂直方向上，在四个小QR码之间放置实心或空心的圆形和正方形。

图11示出了形成图9所示的标记的一部分的一种子标记类型。四个中等QR码排列成两行两列的阵列，在该阵列的四个角附近也被四个小的QR码围绕。在水平和垂直方向上，在四个小的QR码之间放置实心或空心的圆形和正方形。

图12示出了一种具有八个实心或空心的圆的子标记类型，实心圆表示“1”，空心圆表示“0”。实心和空心圆的组合表示子标记在标记坐标系X方向上的位置。例如，从左到右计数，七个空心圆后跟一个实心圆表示二进制“00000001”，表示其唯一位置。

图13示出了具有八个实心或空心正方形的另一种子标记类型，实心正方形表示“1”，而空心正方形表示“0”。实心和空心正方形的组合表示子标记在标记坐标系的Y方向上的位置。例如，从下到上计数，六个空心正方形后跟两个实心正方形代表二进制“00000011”，表示其唯一位置。

图14示出了世界、机器人、摄像机、面板和标记坐标系O_w、O_r、O_c、O_p,和O_m的分配。所有坐标系都是右手坐标系，通过将右手的食指沿正x轴对准并朝着正y轴弯曲手掌来确定z轴的方向。

将世界坐标系O_w固定在一个位置，机器人坐标系O_r固定在移动机器人上，摄像机坐标系O_c的原点放置在其聚焦透镜的中心并连接在移动机器人上，将面板坐标系的原点O_p放置在成像面板的顶部中央，并且还连接到移动机器人，标记坐标系O_m可以在天花板上。

物体相对于参考系O_f的姿态可以用齐次变换矩阵表示为

其中4x4矩阵T_f,o的左上3x3子矩阵表示物体相对于参考坐标系O_f的相对方向，右上3x1矢量表示物体相对于同一坐标系的位置。

标记坐标系相对于世界坐标系的同构变换矩阵、相对于标记坐标系的每个子标记姿态、相对于世界坐标系的机器人坐标系、相对于机器人坐标系的摄像机坐标系、相对于摄像机坐标系的面板坐标系、以及每个相对于面板坐标系的子标记姿态分别表示为T_w,m、T_m,q、T_w,r、T_r,c、T_c,p。通过这种方式，以下等式成立

T_w,mT_m,q＝T_w,rT_r,cT_c,pT_p,q

定位系统的目的是获得移动机器人相对于世界坐标系T_w,r的姿态，表示为

一旦固定在天花板上，每个标记相对于世界坐标系的姿态以及每个子标记相对于标记坐标系的姿态就已知并表示为

摄像机安装在移动机器人上，其相对于机器人坐标系的姿态已知，表示为

图15示出了天花板上的QR码标记与其在成像面板上的对应的投射标记之间的关系。投射的QR码图像被摄像机捕获，然后由MCU处理，以获取其四个角的坐标(以像素为单位)。四个角分别表示为D1、D2、D3和D4。例如，如果D1和D2在摄像机坐标系中的位置表示为[x_c,D1 y_c,D1 0]^T和[x_c,D2 y_c,D2 0]^T，则可以得出它们在成像面板上相对于摄像机坐标系的位置为

P_c,D1＝[-x_c,D1d_c,p/f_c -y_c,D1d_c,p/f_c d_c,p]^T

P_c,D2＝[-x_c,D2d_c,/f_c -y_c,D2d_c,p/f_c d_c,p]^T

其中摄像机的焦距表示为f_c，面板顶表面与聚焦透镜之间的距离表示为d_c,p。假设面板和机器人坐标系的方位相同。

此时，机器人相对于世界坐标系的方位可以表示为

其可以从机器人的侧倾角、俯仰角和偏航角中获取，这些角度由机载陀螺仪测量。

假设摄像机坐标系和机器人坐标系的方位相同，并且摄像机坐标系的原点刚好在机器人坐标系的原点上方。为了获得相对于面板坐标系T_p,q的天花板QR码的姿态，首先，将R_w,r的倒数与P_c,D1相乘，即可将D1的位置矢量转换为与天花板标记坐标系O_m具有相同方位的坐标系O_p′，并在摄像机坐标系中表示为

图16和图17示出了标记坐标系O_m中的天花板QR码和其在坐标系O_p′中的投射QR码之间的关系。根据P_c,D1(p//m)，可以得到坐标系O_p′中表示的天花板QR码角d1的位置，如下所示：

同样，我们可以得到

其中(x_qd1,y_qd1)和(x_qd2,y_qd2)是天花板QR码角d1和d2的坐标，(x_ml,y_ml)是标记坐标系中投射仪光源的坐标，(x_qD1,y_qD1)是在坐标系O_p′中表示的天花板QR码的坐标。d_ql是光源和标记平面之间的垂直距离，d_pl是标记坐标系O_m和O_p′之间的垂直距离。

基于P_p′,D1和P_p′,D2，可以获得天花板QR码相对于坐标系O_p′的X轴的角度θ_(d1,d2)，从而天花板QR码相对于坐标系O_p′的齐次变换矩阵可以表示为

天花板QR码相对于坐标系O_p的齐次变换矩阵可以表示为

遵循类似的推导顺序，可以获得图10到图13所示的子标记对于坐标系O_p的姿态。

在获得一个或多个子标记姿态的情况下，可以获得机器人相对于世界坐标系的姿态，如下所示：

如果将具有八个实心或空心的圆的图12中所示的子标记投射到成像面板上，则也可以按照上述类似的推导过程获得其姿态T_p,q，并且可以获得机器人相对于世界坐标系T_w,r的姿态。如果仅将子标记的八个实心或空心的圆的一部分投射到成像面板上，尽管无法获得子标记T_p,q的精确姿态，但仍可以获得其方位，因此可以获得机器人相对于世界坐标系的方位。

类似地，对于图13中所示的子标记，可以获得机器人相对于世界坐标系T_w,r的姿态或方位。

图18示出了托盘的构造，在托盘的腿部放置有无源或投射标记。如图19所示，可以获得相对于移动叉车坐标系，托盘上的左、中和右标记的姿态T_r,ql、T_r,qm和T_r,qr。借助移动叉车的左边缘与左标记d1之间的距离以及移动叉车的右边缘与右标记d2之间的距离，叉车可以利用这些参数正确对准托盘，并执行精确的托盘提升任务。

图20示出了安装有定向RFID标签的托盘，其中一个RFID标签仅限制水平平面上的标签读取区域，而三个RFID标签仅限制左侧、中间和右侧垂直平面上的标签读取区域。

配备有RFID读写器的自动叉车将根据托盘上RFID标签的读数了解托盘的大致姿态。结合托盘上的无源或投射标记，叉车将能够首先识别托盘的大致姿态，然后执行精确的托盘提升任务。

图21示出了安装有定向RFID标签的机柜，其中一个RFID标签仅限制水平平面上的标签读取区域，而三个RFID标签仅限制左侧、中间和右侧垂直平面上的标签读取区域。配备有RFID读写器的自动叉车将根据机柜上RFID标签的读数了解机柜的大致姿态。结合机柜或下面的托盘上的无源或投射标记时，叉车将能够首先识别出机柜的大致姿态，然后执行精确的机柜提升任务。

图22示出了当人们穿戴有无源标记或投射标记时的概念，带有定位系统的机器人计算相对于标记的姿态，并跟随在其前面的人。

图23示出了在建筑物中导航的无人机，其中照明装置、无源标记和标记投射仪作为参考位置。

图24显示了当无人机根据无人机成像面板上的投射标记获取相对于投射机标记的姿态，并在建筑物中导航以执行检查和监视任务时的情形。

图25示出了当携带红外投射仪的无人机照射红外光以触发照明装置的运动传感器时的情形。机载摄像机可用于检测触发后照明装置的亮度水平是否改变。如果亮度水平被调高，这意味着照明装置工作良好，否则，需要更换有故障的照明装置。无人机可以检测并记录工作状况，以方便建筑物照明维护。

通过将照明装置、无源标记和投射标记作为位置参考，无人机还可以与机载惯性测量单元光检测和测距传感器以及高度计一起执行建筑物监视工作。

Claims

1.一种精确定位系统，包括：

成像面板，其中心区域由光学滤光材料制成，用于去除不需要的光谱，其余区域由扩散材料制成，用于投射人工标记图像的形成；

摄像机，其或者通过成像面板的滤光器捕获无源的人工标记图像，或者捕获在成像面板上形成的投射人工标记图像；

惯性测量单元，其用于测量系统的姿态；

高度计，其用来测量系统高度；以及

MCU，其获取相对于世界坐标系的系统全局姿态。

2.一种人造标记，其为无源形式或由标记投射仪投射，包括：

结合了大、中、小二维码以及围绕二维码的实心、空心的圆和正方形组的子标记；

小的二维码嵌套在大的二维码内部或外部；

在水平和垂直方向上，围绕二维码放置了实心或空心的圆和正方形组；

实心或空心的圆按组排列，其中实心圆表示“1”，空心圆表示“0”，并且组内的实心圆和空心圆的组合表示子标记在水平方向上的位置。例如，从左到右计数，七个空心圆后跟一个实心圆表示二进制“00000001”，指示该子标记的水平位置；

实心或空心的正方形按组排列，实心正方形表示“1”，空心正方形表示“0”，并且组内的实心和空心的正方形的组合表示子标记在垂直方向上的位置。例如，从下到上，六个空心正方形后跟两个实心正方形表示二进制“00000011”，指示该子标记的垂直位置。

3.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：如果摄像机通过成像面板的滤光镜捕获了固定位置的无源标记的二维码类型子标记，则：

能够得到子标记相对于摄像机坐标系的姿态，并利用定位系统与摄像机坐标系、子标记和标记坐标系、标记和世界坐标系之间的已知关系获得定位系统相对于世界坐标系的全局姿态；

在已知子标记尺寸、获得的以像素为单位的子标记图像尺寸、以及摄像机的焦距的情况下，定位系统与无源标记之间的距离将可获得。

4.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：如果摄像机通过成像面板的滤光镜捕获了在固定位置的无源标记的圆型子标记，则：

能得到子标记相对于摄像机坐标系的姿态，并利用定位系统和摄像机坐标系、子标记和标记坐标系、标记和世界坐标系之间的已知关系获得定位系统相对于世界坐标系的全局姿态；

组中的实心和空心的圆的组合表示子标记在标记坐标系的X方向上的位置，例如，从左到右计数，组中七个空心圆后跟一个实心圆表示二进制“00000001”，表示其唯一位置；

如果仅捕获了组中子标记的实心或空心的圆的一部分，尽管无法获得子标记的精确姿态，但仍能够获得其方位，因此能获得定位系统相对于世界坐标系的全球方位。

5.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：如果摄像机通过成像面板的滤光镜捕获了固定位置的无源标记的正方形子标记，则：

能得到子标记相对于摄像机坐标系的姿态，并利用定位系统与摄像机坐标系、子标记和标记坐标系、标记和世界坐标系之间的已知关系获得定位系统相对于世界坐标系的全局姿态；

组中的实心和空心的正方形的组合表示子标记在标记坐标系的Y方向上的位置，例如，从下到上计数，六个空心正方形跟着两个实心正方形表示二进制“00000011”，指示其唯一的位置；

如果仅捕获了组中子标记的实心或空心的正方形的一部分，尽管无法获得子标记的确切姿态，但仍能够获得其方位，因此能获得定位系统相对于世界坐标系的全球方位。

6.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：如果将二维码类型的子标记投射到成像面板的扩散区域上并由摄像机捕获，则：

能得到子标记相对于摄像机坐标系的投射的姿态，并利用定位系统和摄像机坐标系、投射的子标记和标记坐标系、标记和世界坐标系之间的已知关系获得定位系统相对于世界坐标系的全局姿态；

7.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：如果将圆型子标记投射到成像面板的扩散区域上并由摄像机捕获，则：

能够得到子标记相对于摄像机坐标系的投射的姿态，并利用定位系统和摄像机坐标系、投射的子标记和标记坐标系、标记和世界坐标系之间的已知关系获得定位系统相对于世界坐标系的全局姿态；

组中的实心和空心的圆的组合表示子标记在标记坐标系X方向上的位置，例如，从左到右计数，七个空心圆圈后跟一个实心圆表示二进制“00000001”，表示其唯一的位置；

如果仅捕获了组中子标记的实心或空心的圆的一部分，尽管无法获得子标记的精确姿态，但仍可以获得其方位，因此能获得定位系统相对于世界坐标系的全球方位。

8.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：如果将方型子标记投射到成像面板的扩散区域上并由摄像机捕获，则：

能够得到子标记相对于摄像机坐标系的投射的姿态，并利用定位系统和摄像机坐标系、投射子标记和标记坐标系、标记和世界坐标系之间的已知关系获得定位系统相对于世界坐标系的全局姿态；

如果仅捕获了组中子标记的实心或空心的正方形的一部分，尽管无法获得子标记的精确姿态，但仍然可以获得其方位，因此可获得定位系统相对于世界坐标系的全球方位。

9.根据权利要求2所述的标记，其特征在于：组合使用具有大、中、小二维码的子标记以及实心和空心的圆和正方形组，将增加在各种情形下获得标记姿态的机会；

例如，在一定距离处，仅大的二维码的一部分被捕获并且无法被MCU处理，但是此时，仍然能够捕获中等或小的二维码的完整图像以获取其姿态；

在另一个距离处，小的二维码图像不清晰，但是大的或中等的二维码图像足够清晰，能够用来获取其姿态；

在某些情形下，没有任何二维码图像足够清晰以用于获得其姿态，但是实心或空心的圆或正方形图像仍然足够清晰以获取其姿态，或者如果仅是一部分实心或空心图像被捕获，则至少能够获得其方位；

如果同时获得一个或多个子标记姿态，则姿态信息的组合将获得相对于世界坐标系更可靠的姿态信息。

10.根据权利要求1-9所述的系统，其特征在于：能够使用移动机器人上的高度计来获取其高度信息，而当无法从标记或投射标记获得任何信息时，所述惯性测量单元以及移动机器人的里程计能够通过航位推测或其他算法来估计系统的位置。

11.根据权利要求1-10所述的系统，其特征在于：将无源标记或投射标记放置在托盘或机柜上，并且自主叉车上的定位系统基于成像面板上捕获的无源标记或投射标记图像来计算其自身相对于托盘或机柜的姿态和距离，然后执行精确的托盘或机柜提升任务。

12.根据权利要求1-11所述的系统，其特征在于：将定向RFID标签、无源标记或投射标记放置在托盘或机柜上：

一个RFID标签仅将标签读取区域限制在水平平面上，而三个RFID标签仅将标签读取区域限制在左侧、中间和右侧垂直平面上，并且配备有RFID读写器的自动叉车基于托盘上RFID标签的读数将获取托盘或机柜的大致姿态和距离；

基于定向RFID标签，一旦叉车知道了其相对于托盘或机柜的大致姿态和距离后，便会根据捕获的无源标记图像或成像面板上的投射标记图像计算出其相对于托盘或机柜的更精确的姿态和距离，然后执行精确的托盘或机柜提升任务。

13.根据权利要求1-10所述的系统，其特征在于：将无源标记或投射标记安装在架子的顶部，移动机器人获得其相对于架子的姿态和距离，然后执行精确的材料装卸任务。

14.根据权利要求1-10所述的系统，其特征在于：将无源标记或投射标记安装在人或移动设备上，后面的移动机器人根据捕获的无源或投射标记图像来获得其相对于人或移动设备的姿态和距离，然后执行后续任务。

15.根据权利要求1-10所述的系统，其特征在于：将无源标记或投射标记安装在建筑物的天花板上，具有定位系统的无人机获得其与世界坐标系的姿态，从而在建筑物中导航以执行检查和监视任务。

16.根据权利要求1-9和15所述的系统，其特征在于：使用无人机上的高度计来获取其高度信息，而当无法从照明装置、标记或投射标记获得参考位置和方位信息时，惯性测量单元、视觉里程计以及光检测和测距传感器能够用来估计其姿态。

17.根据权利要求1-9、15和16所述的系统，其特征在于：一架装有红外投射仪的无人机照射红外光以触发照明装置的运动传感器，并且机载摄像机能用于检测照明装置的亮度水平在触发后是否发生了变化，如果亮度水平被调高，则表明照明装置正在工作；如果不工作，则需要更换有故障的照明装置，这有助于进行建筑物照明维护工作。

18.根据权利要求1和2所述的系统，其特征在于：将无源标记和定向RFID标签放在已知固定位置的地面上，移动机器人上的RFID读写器读取RFID标签以获取其大致的全局姿态，然后移动机器人上的摄像机根据捕获的无源标记图像来获得更精确的全局姿态，从而从一个地方导航到另一个地方。