TW201805595A - 結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其包括：一地圖注釋解譯模組，存儲有欲移動區域的地圖及對應的地圖描述檔；一圖像採集模組，用於拍攝自主移動設備在欲移動區域移動過程中前方的圖像；一人工標記識別模組，用於接收所述圖像採集模組輸出的圖像信號，識別圖像中的人工標記，從而實現所述自主移動設備的定位；一路徑規劃模組，規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊；一障礙物閃避模組，可以控制自主移動設備閃避障礙物。本發明進一步涉及一種結合人工標記進行電腦視覺定位的方法。
Description
本發明涉及一種結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備及方法。
目前，即時定位及地圖構建（SLAM）是機器人等自主移動設備在定位過程中最常用的一種技術，該SLAM技術是指機器人從未知環境的位置地點出發，在運動過程中通過重複觀測到的地圖特徵定位自身的位置和姿態，再根據自身增量式的構建地圖，從而達到同時定位和地圖構建的目的。該SLAM技術多半仰賴感測器來提供額外資訊以達成定位，如GPS、IMU、Odometry(輪速表)，當安裝有萬向輪或全向輪的自主移動設備移動時，由於輪速表無法作為移動距離的參考，而室內環境也不適合使用GPS。
現在，人們採用人工標記電腦視覺實現定位，基本上可以不使用IMU定位。然，當同一自主移動設備處於不同的環境狀況時，需要電腦視覺定位系統使自主移動設備能夠順暢地移動。
有鑑於此，確有必要提供一種結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備及方法，使該自主移動設備能夠順暢地移動。
一種結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其包括：一地圖注釋解譯模組，該地圖注釋解譯模組存儲有欲移動區域的地圖及對應的地圖描述檔，所述欲移動區域內設置多個人工標記，自主移動設備在該人工標記之間移動；一圖像採集模組，該圖像採集模組用於拍攝自主移動設備在欲移動區域移動過程中前方的圖像形成圖像信號；一人工標記識別模組，該人工標記識別模組用於接收所述圖像採集模組輸出的圖像信號，識別圖像中的人工標記，從而實現所述自主移動設備的定位；一路徑規劃模組，該路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊；一障礙物閃避模組，該障礙物閃避模組可以控制自主移動設備閃避障礙物。
一種結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其包括以下步驟：提供一如前所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備；啟動所述自主移動設備在兩個人工標記之間移動，所述圖像採集模組採集其移動前方的圖像並傳送給所述人工標記識別模組；所述人工標記識別模組識別所述圖像中的人工標記，自主移動設備判斷出自身的位置；所述路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊，控制模組控制所述自主移動設備在所述人工標記之間移動，如果在移動過程中遇到障礙物，那麼所述障礙物閃避模組將啟動閃避功能自動避開障礙物。
與先前技術比較，本發明提供的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備及方法，通過在自主移動設備內存儲欲移動區域的地圖及對應的地圖描述檔，並通過路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊，而且障礙物閃避模組可以控制自主移動設備自動閃避障礙物，從而使自主移動設備在所述欲移動區域內的移動更順暢。
圖1為本發明的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備的模組圖。
圖2為本發明的結合人工標記進行電腦視覺定位的方法的流程圖。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備及方法作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明提供一種結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其包括：一地圖注釋解譯模組，該地圖注釋解譯模組存儲有欲移動區域的地圖及對應的地圖描述檔，所述欲移動區域內設置多個人工標記，自主移動設備在該人工標記之間移動；一圖像採集模組，該圖像採集模組用於拍攝自主移動設備在欲移動區域移動過程中前方的圖像形成圖像信號；一人工標記識別模組，該人工標記識別模組用於接收所述圖像採集模組輸出的圖像信號，識別圖像中的人工標記，從而實現所述自主移動設備的定位；一路徑規劃模組，該路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊；一障礙物閃避模組，該障礙物閃避模組可以控制自主移動設備閃避障礙物。
所述自主移動設備可以為機器人、無人搬運車、無人駕駛機等能夠自主移動的設備，所述自主移動設備的移動方式可以為足式、輪式等。
所述欲移動區域可以為某一些固定的工作場所，如工廠、餐廳、巡邏站等。所述欲移動區域內設置有多個人工標記，所述每一個人工標記對應一個ID，該ID可以為數位、文字等資訊，代表所述人工標記的名稱，如拐角。所述人工標記可以為Tag36h11標記系列、Tag36h10標記系列、Tag25h9標記系列或Tag16h5標記系列等中的任意一個或多個。
所述地圖注釋解譯模組存儲有所述欲移動區域的地圖及相對應的地圖描述檔。所述欲移動區域的地圖以設計好的標記語言（XML）或其它格式檔案存儲，其中，定義有人工標記；所述地圖描述檔包括對所述地圖中人工標記附近區域的描述，如地圖中人工標記的地點名稱。
所述圖像採集模組包括一攝像頭，該攝像頭設置於所述自主移動設備面對移動方向的一面，拍攝自身視野能夠覆蓋的區域範圍的圖像，以便能夠拍攝到所述人工標記，該圖像通過一資料線傳送到所述人工標記識別模組。所述攝像頭為一般的基於CCD或CMOS的網路攝像頭即可。
所述人工標記識別模組接收到所述圖像採集模組拍攝到的圖像，讀取並識別其中的人工標記，並將該人工標記的ID傳輸給地圖注釋解譯模組，從而判斷出自主移動設備相對於所述人工標記的相對位置及角度，實現定位。如果所述人工標記識別模組根據採集到的人工標記可以計算具有結合人工標記進行電腦視覺定位系統的自主移動設備與人工標記之間的距離與角度，然後控制模組可以微調所述自主移動設備移動到人工標記處。
一路徑規劃模組，該路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊。例如從人工標記A行走到人工標記B有多種路徑，其中一種是“從人工標記A向前直走5圈再後退一圈到達人工標記B”，另一種是 “從人工標記A點向前直走4圈到達人工標記B”，當然還有其他行走的路徑。不過從人工標記A點到人工標記B最優的移動資訊是向前直走4圈，因為該路徑既不需要轉彎也不需要後退，是一條最準確、最短的路徑。
所述障礙物閃避模組在欲移動區域如果遇到障礙物，那麼障礙物閃避模組將啟動閃避功能自動避開障礙物。
所述自主移動設備也可以與中控中心相連接，那麼該自主移動設備進一步包括一第一資料傳輸模組，中控中心包括第二資料傳輸模組和自主移動設備操控模組。所述第二資料傳輸模組與自主移動設備操控模組相連接，所述第一資料傳輸模組與所述第二資料傳輸模組相連接。所述第一資料傳輸模組用於將所述自主移動設備在標有人工標記的地圖中的位置傳送到所述第二資料傳輸模組。遠端使用者可以根據所述自主移動設備的當前位置通過自主移動設備操控模組下指令要求自主移動設備到達的目的地，所述第一資料傳輸模組接收到該指令，控制模組控制所述自主移動設備移動到目的地。
請參閱圖2，本發明進一步提供一種結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其包括以下步驟：
S1，提供一個具有如前所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備；
S2，啟動所述自主移動設備在兩個人工標記之間移動，所述圖像採集模組採集其移動前方的圖像並傳送給所述人工標記識別模組；
S3，所述人工標記識別模組識別所述圖像中的人工標記，自主移動設備判斷出自身的位置；
S4，所述路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊，控制模組控制所述自主移動設備在所述人工標記之間移動，如果在移動過程中遇到障礙物，那麼所述障礙物閃避模組將啟動閃避功能自動避開障礙物。
在所述步驟S3中，所述人工標記識別模組判斷所述圖像中哪些類似於人工標記，並將該類似的人工標記標記出來，並辨識到底是不是人工標記，如果是人工標記將該人工標記的ID讀出來，並將該人工標記的ID傳輸給地圖注釋解譯模組，從而自主移動設備判斷出自身的位置；而且，所述人工標記識別模組根據採集到的人工標記可以計算具有結合人工標記進行電腦視覺定位系統的自主移動設備與人工標記之間的距離與角度，然後控制模組可以微調自主移動設備移動到人工標記處。
在所述步驟S4中，所述路徑規劃模組具有一個固定演算法，會計算一條最準確且最短的路徑作為最優移動資訊，控制模組控制所述自主移動設備在所述人工標記之間移動，如果在移動過程中遇到障礙物，那麼所述障礙物閃避模組將啟動閃避功能自動避開障礙物然後繼續向所述目的地移動。
下面舉例說明自主移動設備結合人工標記進行電腦視覺定位的方法。該自主移動設備可以是機器人、無人搬運車或者無人駕駛車等。
如下圖所示，假設一機器人在工廠的某一區域內移動，該區域內設置有人工標記A和B，使機器人從人工標記A移動到B，所述路徑規劃模組規劃出從人工標記A移動到B的最優移動資訊，然後控制模組控制所述自主移動設備從人工標記A移動到B。當移動過程中遇到障礙物F時，機器人移動到c點時，發現不能繼續往前移動，該機器人的障礙物閃避模組將啟動閃避功能自動避開障礙物。即，該機器人自主往左移動4圈到達e點，此時發現可以按原有路線向前方移動，自主移動4圈到達g點，此時向右自主移動4圈到達h點，按原有路線向前移動到達人工標記B。當然也有其他方式可以避開障礙物。
另外，所述自主移動設備也可以與中控中心相連接，那麼該自主移動設備進一步包括一第一資料傳輸模組，中控中心包括第二資料傳輸模組和自主移動設備操控模組。所述第二資料傳輸模組與自主移動設備操控模組相連接，所述第一資料傳輸模組與所述第二資料傳輸模組相連接。
所述第一資料傳輸模組將所述自主移動設備在標有人工標記的地圖中的位置傳送到中控中心的第二資料傳輸模組，中控中心根據所述自主移動設備的當前位置通過自主移動設備操控模組發送指令給所述第二資料傳輸模組，該指令是使自主移動設備到達某個目的地，所述第二資料傳輸模組將該指令發送給所述第一資料傳輸模組，該第一資料傳輸模組接收到該指令後，控制模組控制所述自主移動設備移動到目的地。
本發明結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備及方法，通過在自主移動設備內存儲欲移動區域的地圖及對應的地圖描述檔，並通過路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊，而且障礙物閃避模組可以控制自主移動設備自動閃避障礙物，從而使自主移動設備在所述欲移動區域內的移動更順暢。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
無：
無
Claims (10)
- 一種結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其包括： 一地圖注釋解譯模組，該地圖注釋解譯模組存儲有欲移動區域的地圖及對應的地圖描述檔，所述欲移動區域內設置多個人工標記，自主移動設備在該人工標記之間移動； 一圖像採集模組，該圖像採集模組用於拍攝自主移動設備在欲移動區域移動過程中前方的圖像形成圖像信號； 一人工標記識別模組，該人工標記識別模組用於接收所述圖像採集模組輸出的圖像信號，識別圖像中的人工標記，從而實現所述自主移動設備的定位； 一路徑規劃模組，該路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊； 一障礙物閃避模組，該障礙物閃避模組可以控制自主移動設備閃避障礙物。
- 如請求項1所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其中，所述人工標記為Tag36h11標記系列、Tag36h10標記系列、Tag25h9標記系列或Tag16h5標記系列中的任意一個。
- 如請求項1所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其中，所述人工標記識別模組根據採集到的人工標記可以計算具有結合人工標記進行電腦視覺定位系統的自主移動設備與人工標記之間的距離與角度，通過控制模組可以微調所述自主移動設備移動到所述人工標記處。
- 如請求項1所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其中，所述圖像採集模組包括一攝像頭，該攝像頭設置於所述自主移動設備面對移動方向的一面，拍攝該攝像頭視野能夠覆蓋的區域範圍的圖像，從而能夠拍攝到所述人工標記。
- 如請求項1所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備，其中，所述自主移動設備與中控中心相連接，該結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備進一步包括一第一資料傳輸模組，所述中控中心包括第二資料傳輸模組和自主移動設備操控模組，所述第二資料傳輸模組與自主移動設備操控模組相連接，所述第一資料傳輸模組與所述第二資料傳輸模組相連接。
- 一種結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其包括以下步驟： 提供一如請求項1～5所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備； 啟動所述自主移動設備在兩個人工標記之間移動，所述圖像採集模組採集其移動前方的圖像並傳送給所述人工標記識別模組； 所述人工標記識別模組識別所述圖像中的人工標記，自主移動設備判斷出自身的位置； 所述路徑規劃模組規劃出自主移動設備在所述人工標記之間移動的最優移動資訊，控制模組控制所述自主移動設備在所述人工標記之間移動，如果在移動過程中遇到障礙物，那麼所述障礙物閃避模組將啟動閃避功能自動避開障礙物。
- 如請求項6所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其中，所述人工標記識別模組判斷所述圖像中哪些類似於人工標記，並將該類似的人工標記標記出來，並辨識是不是人工標記，如果是人工標記將該人工標記的ID讀出來，並將該人工標記的ID傳輸給所述地圖注釋解譯模組，從而自主移動設備判斷出自身的位置。
- 如請求項7所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其中，所述人工標記識別模組根據採集到的人工標記計算自主移動設備與人工標記之間的距離與角度，通過控制模組微調自主移動設備移動到人工標記處。
- 如請求項6所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其中，所述路徑規劃模組具有一個固定演算法，會計算一條最優移動資訊。
- 如請求項6所述的結合人工標記進行電腦視覺定位的方法，其中，所述自主移動設備與中控中心相連接，該結合人工標記進行電腦視覺定位的自主移動設備進一步包括一第一資料傳輸模組，所述中控中心包括第二資料傳輸模組和自主移動設備操控模組，所述第二資料傳輸模組與自主移動設備操控模組相連接，所述第一資料傳輸模組與所述第二資料傳輸模組相連接，所述第一資料傳輸模組將所述自主移動設備在標有人工標記的地圖中的位置傳送到中控中心的第二資料傳輸模組，中控中心根據所述自主移動設備的當前位置通過自主移動設備操控模組發送指令給所述第二資料傳輸模組，該指令是使自主移動設備到達某個目的地，所述第二資料傳輸模組將該指令發送給所述第一資料傳輸模組，該第一資料傳輸模組接收到該指令後，控制模組控制所述自主移動設備移動到目的地。
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