CN114199261A - 一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，包括以下步骤：S1：图像采集：通过相机对机器人移动区域内进行采集图像，然后对采集图像特征建立ArUco码，并把制作的ArUco码进行储存；S2：地图建立：通过S1中采集的图像进行建立地图，通过设置不同的ArUco码指定不同的路径，从而制定机器人行走路径，并把指定的多个行走路径进行储存；S3：预处理：当行走路径建立后，通过手持相机在行走路径上进行行走，使得相机能遍历所有ArUco码。本方法能够为机器人构建地图，且能够对机器人自身的位置进行定位，具有精度高、灵活性强、应用范围广等诸多优势。

Description

一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法。
背景技术
移动机器人技术在计算机、传感器等相关技术的推动下，得到了飞速发展，并且在医疗、军事、工业和太空等领域得到了广泛地应用。移动机器人的首要任务是根据自身的传感器实现灵活的自主定位与导航，但是，各种传感器受限于不同的空间环境，要完成自主定位与导航任务，需要在不同的环境下应用不同的方案。
由于移动机器人的应用环境不同，有些环境下需要较高的定位和导航精度，比如工厂车间、室内等情况，其定位精度通常需要达到厘米甚至毫米级别，GPS在信号良好的条件下，定位精度一般在米级，不符合应用要求。利用惯性导航元件可以测量相对位移，但缺点是惯导元件测量数据存在漂移，需要配合其他传感器以提高精度，算法复杂。利用激光雷达可以进行精准测距定位，完成导航任务，但是需要布置反光板以提供导航信息，而且激光雷达价格昂贵。
当机器人的任务发生变化时，需要重新布置路径，灵活性差，成本高，且机器人利用已有地图进行二次导航的时候机器人很难知道自身的位置从而使原有地图失效，因此我们提出了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，用来解决上述问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法。
本发明提出的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，包括以下步骤：
S1：图像采集：通过相机对机器人移动区域内进行采集图像，然后对采集图像特征建立ArUco码，并把制作的ArUco码进行储存；
S2：地图建立：通过S1中采集的图像进行建立地图，通过设置不同的ArUco码指定不同的路径，从而制定机器人行走路径，并把指定的多个行走路径进行储存；
S3：预处理：当行走路径建立后，通过手持相机在行走路径上进行行走，使得相机能遍历所有ArUco码；
S4：机器人行走步骤：
S4.1：路径选择：根据实际情况或需要对机器人的路径进行选择，使得选择的路径从S2中进行提取；
S4.2：机器人初始位置定位：当机器人放置到工作区域内，通过相机四周的环进行采集，通过设置传感器组件对机器人的转动方向和角度进行采集；
S4.3：通过采集的图像与路径中的ArUco码的特征进行对比，当采集的图像与ArUco码特征相匹配时；
S4.4：机器人移动到ArUco码对着的位置作为起始位置，然后对机器人指定的行走路径进行行走；
S5：终点判断：判断机器人是否到达指定的位置，如果到达制作位置，则行程结束，如果没有到达指定位置，则回到S4步骤。
优选的，所述S2中地图建立中包括把地图等间距分成网格，把ArUco码添加到对应的网格内。
优选的，所述S2中包括储存模块、提取模块和显示模块，所述提取模块与存储模块相连接，所述显示模块与提取模块相连接。
优选的，所述传感器组件包括旋转校准电子罗盘传感器，且旋转校准电子罗盘传感器设置为1-2个，旋转校准电子罗盘传感器能够对机器人的旋转角度进行采集。
优选的，所述S4.2中图像采集，图像采集的数量为四到八个。
优选的，所述机器人上安装有加速传感器，能够对机器人的行走速度进行检测和控制。
优选的，所述S2中ArUco码的数量设置为30-80个，ArUco码依次设置在对应的地图网格内。
优选的，所述机器人上设置有紧急制动模块，当接收到停止命令，能够对机器人进行紧急制动。
本方法能够为机器人构建地图，且能够对机器人自身的位置进行定位，并能够寻找四周的ArUco码进行定位初始位置，最后能够对指定的路径进行行走，使得具有精度高、灵活性强、应用范围广等诸多优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本实施例中提出了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，包括以下步骤：
S1：图像采集：通过相机对机器人移动区域内进行采集图像，然后对采集图像特征建立ArUco码，并把制作的ArUco码进行储存；
S2：地图建立：通过S1中采集的图像进行建立地图，通过设置不同的ArUco码指定不同的路径，从而制定机器人行走路径，并把指定的多个行走路径进行储存；
S3：预处理：当行走路径建立后，通过手持相机在行走路径上进行行走，使得相机能遍历所有ArUco码；
S4：机器人行走步骤：
S4.1：路径选择：根据实际情况或需要对机器人的路径进行选择，使得选择的路径从S2中进行提取；
S4.2：机器人初始位置定位：当机器人放置到工作区域内，通过相机四周的环进行采集，通过设置传感器组件对机器人的转动方向和角度进行采集；
S4.3：通过采集的图像与路径中的ArUco码的特征进行对比，当采集的图像与ArUco码特征相匹配时；
S4.4：机器人移动到ArUco码对着的位置作为起始位置，然后对机器人指定的行走路径进行行走；
S5：终点判断：判断机器人是否到达指定的位置，如果到达制作位置，则行程结束，如果没有到达指定位置，则回到S4步骤。
本实施例中，S2中地图建立中包括把地图等间距分成网格，把ArUco码添加到对应的网格内。
本实施例中，S2中包括储存模块、提取模块和显示模块，提取模块与存储模块相连接，显示模块与提取模块相连接。
本实施例中，传感器组件包括旋转校准电子罗盘传感器，且旋转校准电子罗盘传感器设置为1个，旋转校准电子罗盘传感器能够对机器人的旋转角度进行采集。
本实施例中，S4.2中图像采集，图像采集的数量为四个。
本实施例中，机器人上安装有加速传感器，能够对机器人的行走速度进行检测和控制。
本实施例中，S2中ArUco码的数量设置为30个，ArUco码依次设置在对应的地图网格内。
本实施例中，机器人上设置有紧急制动模块，当接收到停止命令，能够对机器人进行紧急制动。
实施例二
本实施例中提出了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，包括以下步骤：
S1：图像采集：通过相机对机器人移动区域内进行采集图像，然后对采集图像特征建立ArUco码，并把制作的ArUco码进行储存；
S2：地图建立：通过S1中采集的图像进行建立地图，通过设置不同的ArUco码指定不同的路径，从而制定机器人行走路径，并把指定的多个行走路径进行储存；
S3：预处理：当行走路径建立后，通过手持相机在行走路径上进行行走，使得相机能遍历所有ArUco码；
S4：机器人行走步骤：
S4.1：路径选择：根据实际情况或需要对机器人的路径进行选择，使得选择的路径从S2中进行提取；
S4.2：机器人初始位置定位：当机器人放置到工作区域内，通过相机四周的环进行采集，通过设置传感器组件对机器人的转动方向和角度进行采集；
S4.3：通过采集的图像与路径中的ArUco码的特征进行对比，当采集的图像与ArUco码特征相匹配时；
S4.4：机器人移动到ArUco码对着的位置作为起始位置，然后对机器人指定的行走路径进行行走；
S5：终点判断：判断机器人是否到达指定的位置，如果到达制作位置，则行程结束，如果没有到达指定位置，则回到S4步骤。
本实施例中，S2中地图建立中包括把地图等间距分成网格，把ArUco码添加到对应的网格内。
本实施例中，S2中包括储存模块、提取模块和显示模块，提取模块与存储模块相连接，显示模块与提取模块相连接。
本实施例中，传感器组件包括旋转校准电子罗盘传感器，且旋转校准电子罗盘传感器设置为2个，旋转校准电子罗盘传感器能够对机器人的旋转角度进行采集。
本实施例中，S4.2中图像采集，图像采集的数量为五个。
本实施例中，机器人上安装有加速传感器，能够对机器人的行走速度进行检测和控制。
本实施例中，S2中ArUco码的数量设置为50个，ArUco码依次设置在对应的地图网格内。
本实施例中，机器人上设置有紧急制动模块，当接收到停止命令，能够对机器人进行紧急制动。
实施例三
本实施例中提出了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，包括以下步骤：
S1：图像采集：通过相机对机器人移动区域内进行采集图像，然后对采集图像特征建立ArUco码，并把制作的ArUco码进行储存；
S2：地图建立：通过S1中采集的图像进行建立地图，通过设置不同的ArUco码指定不同的路径，从而制定机器人行走路径，并把指定的多个行走路径进行储存；
S3：预处理：当行走路径建立后，通过手持相机在行走路径上进行行走，使得相机能遍历所有ArUco码；
S4：机器人行走步骤：
S4.1：路径选择：根据实际情况或需要对机器人的路径进行选择，使得选择的路径从S2中进行提取；
S4.2：机器人初始位置定位：当机器人放置到工作区域内，通过相机四周的环进行采集，通过设置传感器组件对机器人的转动方向和角度进行采集；
S4.3：通过采集的图像与路径中的ArUco码的特征进行对比，当采集的图像与ArUco码特征相匹配时；
S4.4：机器人移动到ArUco码对着的位置作为起始位置，然后对机器人指定的行走路径进行行走；
S5：终点判断：判断机器人是否到达指定的位置，如果到达制作位置，则行程结束，如果没有到达指定位置，则回到S4步骤。
本实施例中，S2中地图建立中包括把地图等间距分成网格，把ArUco码添加到对应的网格内。
本实施例中，S2中包括储存模块、提取模块和显示模块，提取模块与存储模块相连接，显示模块与提取模块相连接。
本实施例中，传感器组件包括旋转校准电子罗盘传感器，且旋转校准电子罗盘传感器设置为2个，旋转校准电子罗盘传感器能够对机器人的旋转角度进行采集。
本实施例中，S4.2中图像采集，图像采集的数量为八个。
本实施例中，机器人上安装有加速传感器，能够对机器人的行走速度进行检测和控制。
本实施例中，S2中ArUco码的数量设置为80个，ArUco码依次设置在对应的地图网格内。
本实施例中，机器人上设置有紧急制动模块，当接收到停止命令，能够对机器人进行紧急制动。
本方法能够为机器人构建地图，且能够对机器人自身的位置进行定位，并能够寻找四周的ArUco码进行定位初始位置，最后能够对指定的路径进行行走，使得具有精度高、灵活性强、应用范围广等诸多优势。
选取实施例一到实施例三中机器人进行行走情况，如表所示：
实施例 机器人定位（%） 导航准确度（%） 实用性
实施例一 96 99.1 较高
实施例二 97 99.5 较高
实施例三 99 100 较高
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：图像采集：通过相机对机器人移动区域内进行采集图像，然后对采集图像特征建立ArUco码，并把制作的ArUco码进行储存；
S2：地图建立：通过S1中采集的图像进行建立地图，通过设置不同的ArUco码指定不同的路径，从而制定机器人行走路径，并把指定的多个行走路径进行储存；
S3：预处理：当行走路径建立后，通过手持相机在行走路径上进行行走，使得相机能遍历所有ArUco码；
S4：机器人行走步骤：
S4.1：路径选择：根据实际情况或需要对机器人的路径进行选择，使得选择的路径从S2中进行提取；
S4.2：机器人初始位置定位：当机器人放置到工作区域内，通过相机四周的环进行采集，通过设置传感器组件对机器人的转动方向和角度进行采集；
S4.3：通过采集的图像与路径中的ArUco码的特征进行对比，当采集的图像与ArUco码特征相匹配时；
S4.4：机器人移动到ArUco码对着的位置作为起始位置，然后对机器人指定的行走路径进行行走；
S5：终点判断：判断机器人是否到达指定的位置，如果到达制作位置，则行程结束，如果没有到达指定位置，则回到S4步骤。
2.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述S2中地图建立中包括把地图等间距分成网格，把ArUco码添加到对应的网格内。
3.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述S2中包括储存模块、提取模块和显示模块，所述提取模块与存储模块相连接，所述显示模块与提取模块相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述传感器组件包括旋转校准电子罗盘传感器，且旋转校准电子罗盘传感器设置为1-2个，旋转校准电子罗盘传感器能够对机器人的旋转角度进行采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述S4.2中图像采集，图像采集的数量为四到八个。
6.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述机器人上安装有加速传感器，能够对机器人的行走速度进行检测和控制。
7.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述S2中ArUco码的数量设置为30-80个，ArUco码依次设置在对应的地图网格内。
8.根据权利要求1所述的一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，其特征在于，所述机器人上设置有紧急制动模块，当接收到停止命令，能够对机器人进行紧急制动。
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