RU2307730C1 - Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении - Google Patents

Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении Download PDF

Info

Publication number
RU2307730C1
RU2307730C1 RU2006124179/28A RU2006124179A RU2307730C1 RU 2307730 C1 RU2307730 C1 RU 2307730C1 RU 2006124179/28 A RU2006124179/28 A RU 2006124179/28A RU 2006124179 A RU2006124179 A RU 2006124179A RU 2307730 C1 RU2307730 C1 RU 2307730C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mobile robot
horizontal surface
car
images
image
Prior art date
Application number
RU2006124179/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Иванович Гданский (RU)
Николай Иванович Гданский
Владислав Васильевич Мальцевский (RU)
Владислав Васильевич Мальцевский
Юли Андреевна Марченко (RU)
Юлия Андреевна Марченко
Иль Григорьевич Хармац (RU)
Илья Григорьевич Хармац
Александр Александрович Михайлов (RU)
Александр Александрович Михайлов
Original Assignee
Московский государственный университет инженерной экологии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский государственный университет инженерной экологии filed Critical Московский государственный университет инженерной экологии
Priority to RU2006124179/28A priority Critical patent/RU2307730C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2307730C1 publication Critical patent/RU2307730C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к робототехнике и предназначено для определения плоских декартовых координат и углового положения тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении. Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота на горизонтальной поверхности с заданной плоской системой координат при помощи видеокамеры, при котором на тележке мобильного робота на одинаковой высоте неподвижно установлены два различных источника излучения, на горизонтальной поверхности задана система реперных точек, видеокамера установлена неподвижно относительно горизонтальной поверхности, для каждой реперной точки на матрице изображения определено усредненное точечное изображение источника излучения, по изображениям текущих положений источников излучения вначале определяют ближайшие к ним изображения реперных точек, не лежащие на одной прямой, по которым затем производят интерполирование положений источников излучения в плоской системе координат, а также определяют угловое положение тележки мобильного робота. Изобретение обеспечивает автоматизированное уточненное определение плоских декартовых координат и углового положения тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении. 3 ил.

Description

Изобретение относится к робототехнике и предназначено для определения плоских декартовых координат и углового положения тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении.
Известна система [1], включающая сеть статических многоцелевых датчиков, используемых, в том числе для идентификации местоположения мобильных роботов. Используемая при этом радиосвязь позволяет найти координаты мобильного робота очень приближенно.
Наиболее близким по совокупности признаков является мобильный робот [2], тележка которого, предназначенная для перемещения по горизонтальной поверхности с заданной плоской системой координат, оснащена устройством определения местоположения, соединенным с управляющей частью и содержащим обзорную видеокамеру для создания обзорного изображения потолка помещения и распознавания базового знака на потолке.
Данная система распознавания хорошо работает в тех помещениях, где потолок расположен на небольшой высоте и совершенно не применима в средах, где потолок отсутствует либо на него нельзя наносить технологические изображения.
Задачей изобретения является автоматизированное уточненное определение плоских декартовых координат и углового положения тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении.
Поставленная задача достигается тем, что предложен способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота на горизонтальной поверхности с заданной плоской системой координат при помощи видеокамеры, у которого согласно изобретению на тележке мобильного робота на одинаковой высоте неподвижно установлены два различных источника излучения, на горизонтальной поверхности задана система реперных точек, видеокамера установлена неподвижно относительно горизонтальной поверхности, для каждой реперной точки на матрице изображения определено усредненное точечное изображение источника излучения, по изображениям текущих положений источников излучения вначале определяют ближайшие к ним изображения реперных точек, не лежащие на одной прямой, по которым затем производят интерполирование положений источников излучения в плоской системе координат, а также определяют угловое положение тележки мобильного робота.
На фиг.1 схематически дан общий вид помещения с заданной плоской системой координат Oxy и системой реперных точек
Figure 00000002
. Источники излучения 1 и 2 установлены на тележке мобильного робота 3, на которой на высоте Н на расстоянии ρ друг от друга. Видеокамера 4 неподвижно установлена в заданной точке помещения. Схематически показана матрица изображения 5, получаемого с видеокамеры 4. На матрице изображения 5 показано изображение
Figure 00000003
источника 1 при его позиционировании в реперной точке
Figure 00000004
На фиг.2 показан треугольник, образуемый точками-изображениями
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
ближайшими к изображению
Figure 00000008
а также локальная система координат (u, ν) и значения параметров (u1, ν1), соответствующие изображению
Figure 00000009
На фиг.3 дан вид сверху тележки робота.
При перемещении тележки мобильного робота 3 по горизонтальной плоскости требуется определить координаты (x, y), а также угол поворота тележки γ при ее перемещении в пределах заданного помещения по получаемым изображениям источников излучения 1 и 2.
Пространственное распознавание местоположения источников излучения 1 и 2 осложняется тем, что перспективное изображение, получаемое реальной камерой, существенно искажается ее оптической системой, а также за счет погрешностей юстирования, установки и т.д. Неподвижно установленная видеокамера задает некоторое фиксированное отображение множества точек с пространственными декартовыми координатами (х, y, Н) на пиксели матрицы изображения, у которых усредненные координаты изображения обозначим через
Figure 00000010
Рассмотрим решение для плоской поверхности, позволяющее значительно повысить точность распознавания положения тележки робота за счет использования сети реперных точек
Figure 00000011
На первом этапе производится перемещение МР таким образом, чтобы плоские координаты одного из источников (1 или 2) совпадали с реперными точкам
Figure 00000012
и после распознавания положения данного источника излучения на прямоугольной матрице определяются образы пространственных точек (хi, yi, Н). Обозначим их через
Figure 00000013
Массивы координат реперных точек
Figure 00000014
и отображений через
Figure 00000015
на матрицу изображений сохраняются в памяти компьютера.
Полученные результаты тарирования видеоизображений источника, получаемых с помощью постоянно установленной камеры, используются для уточненного распознавания положений робота следующим образом. Допустим, усредненное положение текущего изображения датчика (1 или 2) на матрице имеет некоторые координаты
Figure 00000016
Необходимо определить по данным параметрам изображения и тарировочной информации
Figure 00000017
Figure 00000018
плоские декартовы координаты
Figure 00000019
соответствующего датчика робота.
Если найденные координаты изображения
Figure 00000020
совпали с отображением
Figure 00000021
какой-либо реперной точки, то для плоских декартовых координат искомой точки принимаем:
Figure 00000022
.
Если же найденные координаты изображения
Figure 00000023
существенно отличаются от имеющихся изображений реперных точек, то для определения искомых координат
Figure 00000024
применяем интерполирование по полученным ранее массивам
Figure 00000025
Figure 00000026
Для этого вначале по заданным параметрам изображения датчика излучения
Figure 00000023
определяем три ближайших к ним изображения
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000029
реперных точек из массива
Figure 00000030
не лежащие на одной прямой.
Примем линейное интерполирование локальных координат (u, ν), связанных с реперными точками
Figure 00000031
Figure 00000032
Figure 00000033
Связь параметров текущего изображения датчика излучения
Figure 00000034
с параметрами ближайших изображений
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000035
будет следующей:
Figure 00000036
где um, νm - локальные координаты точки
Figure 00000037
.
Необходимо определить координаты (um, νm) полученного изображения датчика по заданным параметрам датчика излучения
Figure 00000034
. По правилу Крамера решение представим в виде
Figure 00000038
Figure 00000039
где
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
Искомые декартовые координаты (хm, уm) на плоской поверхности, соответствующие текущему изображению (um, νm) получаем при данном способе интерполирования, подставляя найденные значения параметров um и νm в выражение для
Figure 00000043
Figure 00000044
где
Figure 00000031
Figure 00000032
Figure 00000045
- реперные точки плоскости, соответствующие изображениям
Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000046
По формулам (3) необходимо рассчитать декартовы координаты (хm1, ym1), (хm2, ym2) обоих источников. Для определения угла поворота тележки γ относительно оси х (фиг.3) используем величины тригонометрических функций γ:
Figure 00000047
Figure 00000048
где ρ′ - расстояние между расчетными положениями (хm1, ym1), (хm2, ym2) источников 1 и 2, которое в основном из-за погрешностей измерений будет несколько отличаться от точного значения ρ′.
Предложенный способ определения ориентации тележки мобильного робота позволяет получить хорошую точность за счет выбора системы реперных точек на плоскости. Распознавание изображений источников излучения, формирование необходимых массивов тарировочной информации
Figure 00000049
Figure 00000018
в памяти компьютера и последующее вычисление плоских координат тележки легко программируется на ЭВМ.
Для получения визульной информации о положении робота могут быть использованы обычные камеры видеонаблюдения.
Пример.
На тележке мобильного робота источники излучения 1 и 2 установлены на одинаковой высоте на расстоянии 0,5 м друг от друга. В помещении неподвижно установлена видеокамера из четырехканального комплекта RC500A. Для приема визуальной информации использован ТВ - тюнер PCI FlyTV Prime. При проведении эксперимента использованы 256-цветные черно-белые изображения. Для массива координат реперных точек
Figure 00000050
получены их усредненные изображения
Figure 00000051
Для источника 1 получено изображение с усредненными координатами
Figure 00000052
для источника 2 - изображение с усредненными координатами
Figure 00000053
.
Ближайшими к изображениям
Figure 00000054
и
Figure 00000055
являются не лежащие на одной прямой изображения
Figure 00000056
Figure 00000057
Figure 00000058
реперных точек
Figure 00000059
Figure 00000060
Figure 00000061
Необходимо определить декартовы координаты (хm1, ym1), (хm2, ym2) источников излучения 1 и 2, а также угол γ, образуемый осью тележки с декартовой осью х.
Решение. Для расчетов по формулам (2) находим значения определителей:
Figure 00000062
Figure 00000063
Figure 00000064
Figure 00000065
Figure 00000066
Значения параметров для усредненных изображений источников излучения 1 и 2:
Figure 00000067
Figure 00000068
Figure 00000069
Figure 00000070
Декартовы координаты (хm, ym) источников излучения, соответствующие параметрам (um, νm), получаем при данном способе интерполирования, подставляя найденные значения в выражение для
Figure 00000071
Figure 00000072
Figure 00000073
Figure 00000074
Figure 00000075
Определим расчетную величину ρ′:
Figure 00000076
Figure 00000077
Figure 00000078
Угол, образуемый осью тележки с декартовой осью х:
Figure 00000079
Опытные испытания показывают, что ошибки при определении местоположения робота не превышают 10-15 см, угловые ошибки - до 5-10°. Таким образом предлагаемый способ обеспечивает довольно высокую точность при автоматизированном определении плоских декартовых координат и углового положения тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении.

Claims (1)

  1. Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота на горизонтальной поверхности с заданной плоской системой координат при помощи видеокамеры, отличающийся тем, что на тележке мобильного робота на одинаковой высоте неподвижно установлены два различных источника излучения, на горизонтальной поверхности задана система реперных точек, видеокамера установлена неподвижно относительно горизонтальной поверхности, для каждой реперной точки на матрице изображения определено усредненное точечное изображение источника излучения, по изображениям текущих положений источников излучения вначале определяют ближайшие к ним изображения реперных точек, не лежащие на одной прямой, по которым затем производят интерполирование положений источников излучения в плоской системе координат, а также определяют угловое положение тележки мобильного робота.
RU2006124179/28A 2006-07-06 2006-07-06 Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении RU2307730C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006124179/28A RU2307730C1 (ru) 2006-07-06 2006-07-06 Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006124179/28A RU2307730C1 (ru) 2006-07-06 2006-07-06 Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2307730C1 true RU2307730C1 (ru) 2007-10-10

Family

ID=38952834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006124179/28A RU2307730C1 (ru) 2006-07-06 2006-07-06 Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2307730C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594545C2 (ru) * 2014-12-30 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Устройство для управления исполнительным органом станка, имеющим не менее трех степеней свободы
RU2763451C1 (ru) * 2019-01-04 2021-12-29 Фж Дайнемикс Текнолоджи Ко., Лтд Система автоматического вождения для переработки зерна, способ автоматического вождения и способ автоматической идентификации

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594545C2 (ru) * 2014-12-30 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") Устройство для управления исполнительным органом станка, имеющим не менее трех степеней свободы
RU2763451C1 (ru) * 2019-01-04 2021-12-29 Фж Дайнемикс Текнолоджи Ко., Лтд Система автоматического вождения для переработки зерна, способ автоматического вождения и способ автоматической идентификации

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109552665B (zh) 用于使用悬索平台测量和检查结构的方法
US11361469B2 (en) Method and system for calibrating multiple cameras
CN106651990B (zh) 一种室内地图构建方法及基于室内地图的室内定位方法
JP6211157B1 (ja) キャリブレーション装置およびキャリブレーション方法
US20150116691A1 (en) Indoor surveying apparatus and method
JP3906194B2 (ja) キャリブレーション方法、キャリブレーション支援装置、キャリブレーション装置およびカメラシステムの製造方法
JP2019526101A (ja) シーンにおけるカメラの姿勢を特定するシステム及び方法
WO2012043045A1 (ja) 画像処理装置及びそれを用いた撮像装置
KR102016636B1 (ko) 카메라와 레이더의 캘리브레이션 장치 및 방법
CN109764858B (zh) 一种基于单目相机的摄影测量方法及系统
CN111735439B (zh) 地图构建方法、装置和计算机可读存储介质
CN110009682B (zh) 一种基于单目视觉的目标识别定位方法
CN107449459A (zh) 自动调试系统和方法
CN105716582A (zh) 摄像机视场角的测量方法、装置以及摄像机视场角测量仪
US20130113897A1 (en) Process and arrangement for determining the position of a measuring point in geometrical space
JP2009042162A (ja) キャリブレーション装置及びその方法
CN105894511B (zh) 标定靶设置方法、装置及停车辅助系统
US20170026636A1 (en) Method for the positionally accurate projection of a mark onto an object, and projection apparatus
KR102255017B1 (ko) 시간 코딩된 패턴 타겟을 사용하여 적어도 하나의 센서 카메라를 포함하는 이미지 캡처 센서를 캘리브레이션하는 방법
Xu et al. An omnidirectional 3D sensor with line laser scanning
WO2022257794A1 (zh) 可见光图像和红外图像的处理方法及装置
CN106370160A (zh) 一种机器人室内定位系统和方法
CN106352871A (zh) 一种基于天花板人工信标的视觉室内定位系统和方法
CN109188449B (zh) 充电口位置的定位方法及系统
RU2307730C1 (ru) Способ визуального контроля ориентации тележки мобильного робота при его перемещении по горизонтальной поверхности в заданном помещении

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120707