CN208313291U - 一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，包括ArUco标签、摄像头和图像处理模块，ArUco标签安装于室内天花板上，摄像头安装于AGV机器人上且朝向天花板拍摄；图像处理模块安装于AGV机器人上且和摄像头信号连接，用于根据摄像头采集到的ArUco标签的图像来获取ArUco标签在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，从而计算出AGV机器人在世界坐标系中的位姿坐标信息。本实用新型具有可探测距离长、受干扰小、使用范围广的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及AGV机器人技术领域，特别涉及一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统。
背景技术
AGV机器人主要功用集中在自动物流搬运，一个成熟的AGV机器人需解决机器人的定位问题和规划控制机器人到达目的地的导航问题。
传统的AGV机器人定位方式主要有磁条导引定位、光学导引定位、电磁导引定位等，这些定位方式简单可靠，成本较低，但是由于是固定路径的引导方式，路径难以更改、扩展，灵活性较低，通常难以满足复杂路径的要求。
新兴的AGV机器人定位方式主要有激光定位、惯性导航定位和视觉导航定位等。激光定位的精度较高，行驶路径可灵活多变，能够适合多种现场环境，但是制造成本较高，对环境要求相对苛刻。惯性导航定位的路径灵活性强、抗干扰能力强，但其导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度密切相关，存在累积误差。视觉导航定位作为一种新兴的导航定位方式，其可维护性强，成本低，路径灵活，因此在AGV机器人的导航、定位领域有着广泛的应用前景。
视觉导航定位主要通过图像处理模块来获取场景物体或者标签在世界坐标系中的已知坐标信息，从而计算出AGV在世界坐标系中的位姿坐标信息，实现来对AGV机器人定位。场景物体由于具有经常移动的特点，用其定位难以获得较高精度。目前用来定位的标签主要是二维码，二维码存储信息较多，容错能力较强，但是其可探测距离较短，一个10cm*10cm的二维码可探测距离只有1m左右，因而限制了其使用范围。
鉴于此，本发明人为此研制出一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，有效的解决了上述问题，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型提供的一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，具有可探测距离长、受干扰小、使用范围广的特点。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，包括ArUco标签、摄像头和图像处理模块，ArUco标签安装于室内天花板上，摄像头安装于AGV机器人上且朝向天花板拍摄；图像处理模块安装于AGV机器人上且和摄像头信号连接，用于根据摄像头采集到的ArUco标签的图像来获取ArUco标签在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，从而计算出AGV机器人在世界坐标系中的位姿坐标信息。
所述天花板安装有背景光装置，ArUco标签贴在背景光装置下表面。
所述背景光装置包括方形灯箱，以及安装于方形灯箱内的LED灯。
所述AGV机器人安装有摄像头机架，摄像头安装在摄像头机架上端。
采用上述方案后，本实用新型采用可探测距离远的ArUco标签作为参照，可将ArUco标签安装在天花板上，受干扰小，通过摄像头采集ArUco标签的图像，图像处理模块则根据采集到的ArUco标签的图像，来获取ArUco标签在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，从而计算出AGV机器人在世界坐标系中的位姿坐标信息。本实用新型相比于现有采用二维码作为定位标签来说，可探测距离长，受干扰小，因此环境适应性强，使用范围广。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图。
标号说明
AGV机器人10，天花板20；
ArUco标签1，摄像头2，图像处理模块3，摄像头机架4，背景光装置5。
具体实施方式
为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。
如图1所示，是本实用新型揭示的一种基于ArUco标签的AGV机器人10视觉定位系统，包括ArUco标签1、摄像头2和图像处理模块3。
AGV机器人10安装有摄像头机架4，摄像头2安装在摄像头机架4上端，摄像头2朝向天花板20进行拍摄，获取图像信息。天花板20安装有背景光装置5，背景光装置5包括方形灯箱，以及安装于方形灯箱内的LED灯。ArUco标签1贴在背景光装置5下表面，保证在较暗的环境下，ArUco标签1的图像能够被摄像头2清楚的采集。
图像处理模块3安装于AGV机器人10上且和摄像头2信号连接，图像处理模块3对每一帧图像信息计算分析是否有标签，有标签时，则根据ArUco标签1在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，进行摄像头2的位姿解算，从而计算出AGV机器人10在世界坐标系中的位姿坐标信息。
采用上述方案后，本实用新型采用可探测距离远的ArUco标签1作为参照，并将ArUco标签1安装在天花板20上，受干扰小，通过摄像头2采集ArUco标签1的图像，图像处理模块3则根据采集到的ArUco标签1的图像，来获取ArUco标签1在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，从而计算出AGV机器人10在世界坐标系中的位姿坐标信息。本实用新型相比于现有采用二维码作为定位标签来说，可探测距离长，受干扰小，因此环境适应性强，使用范围广。
在视觉定位中，每个ArUco标签1在世界坐标系中的位姿坐标是已知的，先计算出ArUco标签1相对于摄像头2的位姿坐标信息，然后反求出摄像头2相对于ArUco标签1的位姿坐标信息，再根据ArUco标签1在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，即可计算出摄像头2在世界坐标系中的位姿坐标信息。
优选地，其中ArUco标签1相对于摄像头2的位姿坐标信息的计算主要分为两部分定位算法组成，第一部分用IPPE算法进行初始位姿估计，它用来一次性计算初始位姿；第二部分用Levenberg-Marquardt最小二乘法来对第一部分得到的位姿进行细化。
1)IPPE算法
当ArUco标签1平面相对于摄像头2成像平面太过于倾斜时，或者图像噪声大时，会有位姿模糊的问题，这个时候根据IPPE返回两个位姿，分别计算重投影误差，如果重投影误差十分接近，就放弃这幅图像的位姿计算，如果两个重投影误差相差很多，则取重投影误差最小的那个值作为初始位姿。这么做的好处是一旦初始化的位姿在使得重投影误差最小的全局最优位姿附近，定位算法第二部分就能够收敛到这个全局最优位姿，而且由于每一帧图像之间的间隔很短，可以用上一时刻的位姿作为当前位姿的初始化位姿进行计算，这样就能够一直得到全局最优位姿。
2)Levenberg-Marquardt算法
求取ArUco标签1相对于摄像头2的位姿坐标相当于一个最小二乘问题。摄像头2的位姿可以用旋转矩阵R和平移向量t来表示，旋转矩阵也可以用欧拉角来表示，也就是绕着x,y,z轴旋转的角度，再加上平移向量的3个变量，总共需要精细化6个变量。位姿计算问题可以归结为下述最小二乘问题：
其中x为上述6个变量，pi为物体坐标系下点的坐标，bi为pi在像素坐标系下的像素坐标，n为参考点个数。
优选地，反求出摄像头2相对于ArUco标签1的位姿坐标信息的计算过程：
设摄像头2坐标系为cxy，ArUco标签1坐标系为oxy，ArUco标签1坐标系到摄像头2坐标系的旋转矩阵和平移向量摄像头2坐标系到ArUco标签1坐标系的旋转矩阵和平移向量则：
优选地，计算出摄像头2在世界坐标系中的位姿坐标信息的计算过程为：
设标签相对于世界坐标系的关系也用一个旋转矩阵和平移向量表示，则摄像头2相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移向量可以表示为：
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，其特征在于：包括ArUco标签、摄像头和图像处理模块，ArUco标签安装于室内天花板上，摄像头安装于AGV机器人上且朝向天花板拍摄；图像处理模块安装于AGV机器人上且和摄像头信号连接，用于根据摄像头采集到的ArUco标签的图像来获取ArUco标签在世界坐标系中的已知位姿坐标信息，从而计算出AGV机器人在世界坐标系中的位姿坐标信息；
所述天花板安装有背景光装置，ArUco标签贴在背景光装置下表面。
2.如权利要求1所述的一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，其特征在于：所述背景光装置包括方形灯箱，以及安装于方形灯箱内的LED灯。
3.如权利要求1所述的一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统，其特征在于：所述AGV机器人安装有摄像头机架，摄像头安装在摄像头机架上端。
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| CN201720104909.0U CN208313291U (zh) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | 一种基于ArUco标签的AGV机器人视觉定位系统 |
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