基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106338287A(43)申请公布日2017.01.18(21)申请号201610725330.6(22)申请日2016.08.24(71)申请人杭州国辰牵星科技有限公司地址311200浙江省杭州市萧山经济开发区建设二路98号(72)发明人王志李月华陈丹鹏于亦奇裴翔王国成(74)专利代理机构苏州中合知识产权代理事务所(普通合伙)32266代理人龙涛(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)G06T7/00(2017.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法，该视觉定位方法以设定频率正面拍摄天花板照片，不断比对两张天花板照片中的特征直线和特征点，将比对结果转化成移动机器人在世界坐标系中的运动旋转角和运动位移增量，以此实现移动机器人的自我定位。本发明视觉定位方法以天花板作为参考目标，相比于其他物体，天花板不易被遮挡且照片里的元素较为单调，便于图像处理单元提取轮廓，分析照片；并且本发明视觉定位方法将摄像机的光轴垂直于天花板拍照，前后帧图像间的平移和旋转变换直接反应在二维照片中，简化图像分析中的计算。CN106338287ACN106338287A权利要求书1/2页1.一种基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法，其特征在于：室内移动机器人利用摄像机对天花板拍照，移动机器人根据天花板照片定位自身，所述天花板被划分成多个形状一致的正方形分格，所述移动机器人包括机器人运动模块、摄像机和图像处理单元，摄像机将拍摄的天花板照片传递至图像处理单元，图像处理单元分析天花板照片进行视觉定位，视觉定位方法包括如下步骤：(1)调整摄像机的光轴，使光轴方向垂直于天花板；(2)在机器人移动之前，拍摄一张天花板照片，将该天花板照片作为定位参考照片，将机器人的当前位置作为世界坐标系的坐标原点，当前方位角定义为0；(3)对定位参考照片进行轮廓提取，确定特征直线，将各特征直线的交点作为特征点，将离定位参考照片中心最近的特征点确定为参考点；(4)移动机器人开始运动，摄像机以设定频率拍摄天花板照片作为定位照片；(5)对定位照片进行轮廓提取，确定特征直线，将各特征直线的交点作为特征点，判断离参考点距离不超过5mm的范围内是否存在特征点；如果不存在，则选择上一张天花板照片作为新的定位参考照片并返回至步骤(3)；如果存在，则将该特征点作为对照点；(6)将对照点所在的任意一条特征直线作为对照直线，计算对照直线与参考点所在两条特征直线之间的夹角，其中数值最小的夹角为移动机器人的运动旋转角；由参考点指向对照点的向量为移动机器人的运动向量；(7)根据移动机器人的运动旋转角、运动向量以及定位参考照片对应的移动机器人的方位角和坐标计算当前移动机器人的方位角和坐标。2.根据权利要求1所述的基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法，其特征在于：在所述步骤(3)和步骤(5)中，在对定位参考照片和定位照片进行轮廓提取之前，对定位参考照片和定位照片进行滤波、消除噪声和增强图像边缘处理。3.根据权利要求1或2所述的基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中调整摄像机光轴的具体步骤是：1)控制摄像机正对天花板，调整移动机器人的位置，保证至少有一块完整的正方形天花板分格在摄像机的中心；2)拍摄天花板照片，对照片进行轮廓提取，计算位于照片中心的天花板分格的四条边的长度l1、l2、l3、l4，计算四条边的长度是否满足公式：n为设计参数，依据移动机器人的定位精度要求具体确定；如果天花板四条边的长度满足上述公式，则判定摄像机光轴已经调整完毕；如果天花板四条边的长度不满足上述公式，则继续调整摄像机光轴后重复步骤2)。4.根据权利要求2所述的基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法，其特征在于：在对定位参考照片和定位照片进行滤波、消除噪声和增强图像边缘处理之后，计算定位参考照片和定位照片的灰度最大和最小值作为轮廓提取的阈值。5.根据权利要求3所述的基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法，其特征在于：所述移动机器人还包括惯性导航系统；2CN106338287A权利要求书2/2页所述视觉定位方法还包括步骤(8)：校验运动向量，判断运动向量所对应的位置增量Δp2(xx2,yy2)是否满足|xx2|>100mm或者|yy2|>100mm，如果满足前述条件则认定此次视觉定位数据错误，放弃此次运动向量，采用惯性导航系统的位置增量数据Δp1(xx1,yy1)计算移动机器人的当前坐标。3CN106338287A说明书1/5页基于天花板的室内移动机器人视觉定位方法技