CN113297871A - 机器人对位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种机器人对位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，方法包括下列步骤：获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息；根据所述第一定位结果信息，移动机器人至所述第一定位结果信息对应的第一位置；获取二维码信息，确定第二定位结果信息；根据所述第二定位结果信息，对位机器人。本申请提供的机器人对位方法能够在初步获取二维码定位信息和运动数据信息后，确定粗略的第一定位结果信息，快速到达待定位的二维码附近，然后通过获取二维码信息，得到精确的定位信息，调整自身姿态，实现机器人的快速精准定位，该方法无需采用高精密雷达，能够实现机器人的稳定和快速的运动和/或定位。
Description
技术领域
本申请涉及机器人设备技术领域，具体而言，本申请涉及一种机器人对位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
机器人的应用越发广泛，例如在快递包裹挑拣、运输和分配的物流领域，在港口集装箱运输领域，机器人的参与度越来越高。而随着工作效率的要求提升，也对应需要机器人更加精准地进行运动，实现高精度的定位，因此高精度定位逐渐成为移动机器人领域的一个重要研究方向。
现有的高精度定位可采用基于雷达的定位或基于惯性导航系统的定位等方式。然而，基于雷达的定位需要高精度的雷达系统，对于小型的物流分拣机器人并不适用，并且成本较高。而惯性导航系统稳定性较差，无法适应高效率高强度的机器人移动和定位。
发明内容
本申请针对现有方式的上述至少一个缺点，提出一种机器人对位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，用以解决现有技术存在的机器人高精度定位成本高或性能不稳定的问题。
本申请第一个方面，提供了一种机器人对位方法，包括下列步骤：
获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息；
根据所述第一定位结果信息，移动机器人至所述第一定位结果信息对应的第一位置；
获取二维码信息，确定第二定位结果信息；
根据所述第二定位结果信息，对位机器人。
在第一个方面的某些实现方式中，所述获取二维码定位信息和运动数据信息的步骤，包括：
扫描预定范围内的二维码，获取到二维码投影信息；
根据所述二维码投影信息和机器人的运动参数信息，确定所述二维码定位信息和所述运动数据信息。
结合第一个方面和上述实现方式，在第一个方面的某些实现方式中，所述机器人的运动参数信息包括机器人的移动速度和尺寸信息。
结合第一个方面和上述实现方式，在第一个方面的某些实现方式中，所述获取二维码信息，确定第二定位结果信息的步骤，包括：
在所述第一位置扫描所述二维码，获取所述二维码的图像信息；
当所述图像信息满足预设清晰度阈值，读取所述二维码确定所述第二定位结果信息；
当所述图像信息不满足预设清晰度阈值，调整扫描参数，重新扫描所述二维码，获取满足预设清晰度阈值的二维码图像信息。
结合第一个方面和上述实现方式，在第一个方面的某些实现方式中，所述调整扫描参数，包括：
获取环境光照信息；
根据所述环境光照信息，确定曝光信息；
根据所述曝光信息，确定所述扫描参数。
第二个方面，本申请提供了一种机器人对位装置，包括：
获取模块，用于获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息；
移动模块，用于根据所述第一定位结果信息，移动机器人至所述第一定位结果信息对应的第一位置；
扫描模块，用于获取二维码信息，确定第二定位结果信息；
对位模块，用于根据所述第二定位结果信息，对位机器人。
在第二个方面的某些实现方式中，所述扫描模块包括：
二维码扫描单元，用于在所述第一位置扫描所述二维码，获取所述二维码的图像信息；
曝光调整单元，用于当所述图像信息满足预设清晰度阈值，读取所述二维码确定所述第二定位结果信息；
当所述图像信息不满足预设清晰度阈值，调整扫描参数，重新扫描所述二维码，获取满足预设清晰度阈值的二维码图像信息。
结合第二个方面和上述实现方式，在第二个方面的某些实现方式中，所述曝光调整单元调整扫描参数的步骤，包括：
获取环境光照信息；
根据所述环境光照信息，确定曝光信息；
根据所述曝光信息，确定所述扫描参数。
第三个方面，本申请提供了一种电子设备，包括：
处理器；
存储器，与所述处理器电连接；
至少一个程序，被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述至少一个程序被配置用于：实现如本申请第一个方面提供的机器人对位方法。
第四个方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，实现如本申请第一个方面提供的机器人对位方法。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请提供的机器人对位方法能够在初步获取二维码定位信息和运动数据信息后，确定粗略的第一定位结果信息，快速到达待定位的二维码附近，然后通过获取二维码信息，得到精确的定位信息，调整自身姿态，实现机器人的快速精准定位，该方法无需采用高精密雷达，能够实现机器人的稳定和快速的运动和/或定位。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种机器人对位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一实施例中获取二维码定位信息和运动数据信息的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一实施例中获取二维码信息，确定第二定位结果信息的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种机器人对位装置的结构框架示意图；
图5为本申请实施例提供的用于执行机器人对位方法的电子设备的结构的框架示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：
机器人，本申请提及的机器人通常具有运动系统、摄像头和承载系统，运动系统用于机器人的移动和定位，摄像头用于捕捉机器人附近的图像信息，而承载系统用于装载和运输物品。
二维码，是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的、黑白相间的、记录数据符号信息的图形，通过二维码可以记载任何需要的信息，为机器人的定位提供精确依据。
对位，指将待定位的对象按照预先设定的姿态和位置实现相对静止的定位。
移动速度，是指机器人的运动速率和运动方向。
在机器人的应用过程中，需要实现机器人移动和静止的精确化，例如移动机器人的自动充电、货架对接等场合，由于仓库空间较小，或者充电接口较小，想要实现移动机器人的高精度对位，实属一件较为困难的工作。利用现有技术中的高精度雷达能够实现这一目的，但高精度雷达的成本较高，小型或微型高精度雷达更是成本高企，无法广泛应用。
本申请的发明人考虑到，现有的摄像头以及图像处理技术越来越成熟，对图像的抓取效率和识别效率都有较大幅度的提升，并且成本也大幅度下降，为机器人高精度对位或定位提供了一种可能的解决方案。
本申请提供的机器人对位方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术的如上技术问题。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请第一个方面的实施例中，提供了一种机器人对位方法，如图1所示，包括下列步骤：
S100：获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息。
S200：根据第一定位结果信息，移动机器人至第一定位结果信息对应的第一位置。
S300：获取二维码信息，确定第二定位结果信息。
S400：根据第二定位结果信息，对位机器人。
本申请提供的机器人对位方法能够在初步获取二维码定位信息和运动数据信息后，确定粗略的第一定位结果信息，快速到达待定位的二维码附近，然后通过获取二维码信息，得到精确的定位信息，从而调整自身姿态，实现机器人的快速精准定位，该方法无需采用高精密雷达，能够以低成本实现机器人的稳定和快速的运动和/或定位。
在上述实施例的某一些实现方式中，S100中的获取二维码定位信息和运动数据信息的步骤，如图2所示，具体包括：
S110：扫描预定范围内的二维码，获取到二维码投影信息。机器人利用自身设置的扫描摄像头，对机器人自身周围环境进行扫描，通过对摄取到的影像进行识别，能够粗略识别出可能存在的二维码图像。一般而言，在工程中，二维码并非杂乱无章设置在周围环境中，例如在物流领域，货架上设置有二维码，这些二维码均以一定顺序和规律设置在货架上，摄像头获取到这些二维码的图像，也就是说机器人扫描自身周围一定范围内的二维码可能得到多个二维码信息，当然这些二维码信息不一定精确，可能无法准确读取其中的信息。
S120：根据二维码投影信息和机器人的运动参数信息，确定二维码定位信息和运动数据信息。由于通常情况下二维码都是按照一定的规律排布的，因此摄取到的二维码投影信息中各个二维码与机器人的间距都是具有特定规律的，因此通过读取预先存储在机器人数据库中的二维码分布规律信息，粗略分析出需要对接的二维码的位置，即可获取到二维码定位信息。通过图像识别技术初步估算物体间距的具体方法为相关领域技术人员所知，不做深入赘述。又因为机器人通常以恒定的运动姿态和速率进行移动，因此也能够得知机器人的运动参数信息，再结合前述的二维码分布规律信息，能够确定出机器人的运动数据信息并据以移动。在某些可行的实施方式中，机器人的运动参数信息包括机器人的移动速度和尺寸信息。二维码分布规律信息是指机器人周围特定目标的分布规律，具体指多个特定目标如二维码与机器人的间距和方位的信息，这些信息可预先存储在机器人当中，在机器人的移动过程中，机器人上通常设置的里程计内的运动数据会不断更新，因而上述的二维码分布规律信息也会不断地得到计算更新。
上述过程中，假设t0时刻机器人中的相机相对于二维码的初始位姿为T0。在t1时刻机器人的里程计测得机器人的运动增量△T，相机测得相对于二维码的位姿为T1’，△T*T0和T1’分别是t1时刻相机相对二维码的位姿估计和测量值,融合两个数据得到t1时刻的真实值T1。
通过S100获取到第一定位结果信息，机器人的运动系统执行这一第一定位结果信息，使得机器人移动到第一定位结果对应的地理位置处，并同时准备识别第一定位结果信息对应的二维码。
在上述实施例的另一些可行的实现方式中，S300中获取二维码信息，确定第二定位结果信息的步骤，如图3所示，包括：
S310：在第一位置扫描二维码，获取二维码的图像信息。
S320：当图像信息满足预设清晰度阈值，读取二维码确定第二定位结果信息。
S320’：当图像信息不满足预设清晰度阈值，调整扫描参数，重新扫描二维码，获取满足预设清晰度阈值的二维码图像信息。
当机器人抵达第一位置，由于第一位置是一个粗略的位置，精确度不高，因此机器人上的摄像头很可能无法清晰获取到二维码的影像，也就无法准确读取二维码上记载的信息。当然，也可能第一位置处，机器人的摄像头能够获取清晰的二维码影像，读取二维码信息，根据二维码信息进行进一步的操作，例如进行位置微调，实现高精度定位，以便于装卸载货物或者对接充电接口等。
受制于已经安装的摄像头的性能，摄像头只能对周围一定范围内的图像清晰识别，而超过这一范围，能够获取到图像，但该图像模糊度过高，也即图像信息无法满足预设清晰度阈值，该预设清晰度阈值即是摄像头的可读能力范围。当摄取到的图像信息不满足预设清晰度阈值，则无法读取到准确信息，因此必须通过调整机器人的位置，或者调整摄像头的摄像参数，也即调整扫描参数，比如调整焦距、光圈大小等，来重新获取图像信息，直到能够获取到准确二维码信息为止。
结合上述实现方式，在第一个方面的某些具体可行的实施方式中，调整扫描参数，包括：
获取环境光照信息；
根据环境光照信息，确定曝光信息；
根据曝光信息，确定扫描参数。
机器人的摄像头需要根据所处位置的光照条件，调整摄像头的扫描参数，例如当环境光照信息显示的光照条件较差，环境较暗时，增加光圈大小，增大摄像头的进光量和曝光时间，而当环境较亮时，则进行相反的调整，改变曝光信息，直至获取到较为清晰的二维码图像为止。
另外，在本申请的某些实施例中，二维码采用反光材料制作，选用的反光材料有利于提高机器人上摄像头对于图像的识别能力，并且对二维码的摆放位置进行预先的摆放位置设计，这一摆放位置数据确定不变，存储在机器人当中。
本申请第二个方面的实施例中，提供了一种机器人对位装置10，如图4所示，包括获取模块11、移动模块12、扫描模块13和对位模块14。
获取模块11用于获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息。移动模块12用于根据第一定位结果信息，移动机器人至第一定位结果信息对应的第一位置。扫描模块13用于获取二维码信息，确定第二定位结果信息。对位模块14用于根据第二定位结果信息，对位机器人。
获取模块11获取二维码定位信息和运动数据信息的步骤，包括：扫描预定范围内的二维码，获取到二维码投影信息。根据二维码投影信息和机器人的运动参数信息，确定二维码定位信息和运动数据信息。
在上述实施例的某些具体可行的实施方式中，扫描模块13包括：二维码扫描单元和曝光调整单元。二维码扫描单元用于在第一位置扫描二维码，获取二维码的图像信息。曝光调整单元用于当图像信息满足预设清晰度阈值，读取二维码确定第二定位结果信息，而当图像信息不满足预设清晰度阈值，调整扫描参数，重新扫描二维码，获取满足预设清晰度阈值的二维码图像信息。
可行的，在第二个方面的某些实现方式中，曝光调整单元调整扫描参数的步骤，具体包括：获取环境光照信息，根据环境光照信息，确定曝光信息，再根据曝光信息，确定扫描参数。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种电子设备，如图5所示，图5所示的电子设备1000包括：处理器1001和存储器1003。其中，处理器1001和存储器1003相电连接，如通过总线1002相连。可选的，该电子设备1000的结构并不构成对本申请实施例的限定。
处理器1001可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器1001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
总线1002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线1002可以是PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等。总线1002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器1003可以是ROM(Read-Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM(random access memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact DiscRead-Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
可选的，存储器1003用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器1001来控制执行。处理器1001用于执行存储器1003中存储的应用程序代码，以实现本申请实施例提供的任一种机器人对位方法。
在实际应用过程中，本申请提供的电子设备包括视觉和里程计融合模块、曝光调整模块以及对位系统，其中视觉和里程计融合模块接受来自二维码的定位和机器人里程计的运动数据信息，结合图像识别技术推算出优于单纯二维码的定位结果。视觉和里程计融合模块包括前述的虚拟装置中获取模块和移动模块，曝光调整模块包括虚拟装置中的获取模块和扫描模块，对位系统包括虚拟装置中的对位模块。曝光调整模块可用于监测当前光照条件，在初始的二维码识别失败时，调整相机或摄像机的曝光参数，直至重新识别成功为止。
与本申请提供的电子设备配套的，还存在二维码的设计制造和具体设置问题，具体涉及到二维码反光材料的选用和二维码摆放位置设计。
对位系统用于基于上次的方案产生的定位结果，例如第一定位结果信息，再结合读取二维码获取到的第二定位结果信息，控制机器人实现精确对位，例如实际生产中的对箱操作。
本申请提供的电子设备能够根据本申请提供的机器人对位方法实现机器人的快速精准定位，该方法无需采用高精密雷达，能够以低成本实现机器人的稳定和快速的运动和/或定位。
基于同一的发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例所示的任一机器人对位方法/实现本申请实施例提供的机器人对位方法的各种可选实施方式。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：设备成本低，便于推广应用，机器人定位精度高，效率高。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种机器人对位方法，其特征在于，包括下列步骤：
获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息；
根据所述第一定位结果信息，移动机器人至所述第一定位结果信息对应的第一位置；
获取二维码信息，确定第二定位结果信息；
根据所述第二定位结果信息，对位机器人。
2.根据权利要求1所述的机器人对位方法，其特征在于，所述获取二维码定位信息和运动数据信息的步骤，包括：
扫描预定范围内的二维码，获取到二维码投影信息；
根据所述二维码投影信息和机器人的运动参数信息，确定所述二维码定位信息和所述运动数据信息。
3.根据权利要求2所述的机器人对位方法，其特征在于，所述机器人的运动参数信息包括机器人的移动速度和尺寸信息。
4.根据权利要求1所述的机器人对位方法，其特征在于，所述获取二维码信息，确定第二定位结果信息的步骤，包括：
在所述第一位置扫描所述二维码，获取所述二维码的图像信息；
当所述图像信息满足预设清晰度阈值，读取所述二维码确定所述第二定位结果信息；
当所述图像信息不满足预设清晰度阈值，调整扫描参数，重新扫描所述二维码，获取满足预设清晰度阈值的二维码图像信息。
5.根据权利要求4所述的机器人对位方法，其特征在于，所述调整扫描参数，包括：
获取环境光照信息；
根据所述环境光照信息，确定曝光信息；
根据所述曝光信息，确定所述扫描参数。
6.一种机器人对位装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取二维码定位信息和运动数据信息，确定第一定位结果信息；
移动模块，用于根据所述第一定位结果信息，移动机器人至所述第一定位结果信息对应的第一位置；
扫描模块，用于获取二维码信息，确定第二定位结果信息；
对位模块，用于根据所述第二定位结果信息，对位机器人。
7.权利要求6所述的机器人对位装置，其特征在于，所述扫描模块包括：
二维码扫描单元，用于在所述第一位置扫描所述二维码，获取所述二维码的图像信息；
曝光调整单元，用于当所述图像信息满足预设清晰度阈值，读取所述二维码确定所述第二定位结果信息；
当所述图像信息不满足预设清晰度阈值，调整扫描参数，重新扫描所述二维码，获取满足预设清晰度阈值的二维码图像信息。
8.根据权利要求6所述的机器人对位装置，其特征在于，所述曝光调整单元调整扫描参数的步骤，包括：
获取环境光照信息；
根据所述环境光照信息，确定曝光信息；
根据所述曝光信息，确定所述扫描参数。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，与所述处理器电连接；
至少一个程序，被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述至少一个程序被配置用于：实现如权利要求1～5中任一项所述的机器人对位方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，实现如上述权利要求1至5中任一项所述的机器人对位方法。
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