一种基于视觉的机器人室内定位导航方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102135429A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102135429A(43)申请公布日2011.07.27(21)申请号201010611473.7(22)申请日2010.12.29(71)申请人东南大学地址215123江苏省苏州市工业园区独墅湖高教区林泉街399号(72)发明人林国余王海蔡英凤王东杨彪(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人许方(51)Int.Cl.G01C21/00(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种基于视觉的机器人室内定位导航方法(57)摘要本发明公开了一种基于视觉的机器人室内定位导航方法，属于视觉导航领域。该方法是根据二维码的思路，设计了一种简单方便、易于识别、内含绝对位置坐标且具有一定纠错能力的人工路标，将路标设置于天花板上，由安装在机器人上且光轴与天花板垂直的摄像机进行拍摄，再通过图像的阈值分割、连通域提取、轮廓曲线匹配以及路标特征识别一系列步骤定位路标，解析路标中所包含的坐标信息，最终通过机器人的位置估计算法获得机器人当前的绝对位置和航向角。本发明方法减少了遮挡及噪声干扰，大大降低了图像处理方法、时间以及周围环境的复杂度。CN1023549ACCNN110213542902135434A权利要求书1/1页1.一种基于视觉的机器人室内定位导航方法，其特征在于：该方法包括以下内容：(1)设计一种基于二维条形码的人工路标，并将此种路标作为机器人室内定位定向的路标；(2)假设室内天花板是一个矩形，在天花板平面根据导航定位的需求进行网格划分，并构建全局坐标系，确定每个网格交叉点的平面坐标，然后将路标中心对准网格交叉点粘贴在天花板上；(3)在机器人上安装有光轴垂直于天花板平面的摄像机，由该摄像机拍摄天花板的图像，机器人根据拍摄的图像进行路标检测、识别和解析，并计算出机器人当前位置和航向角，从而实现机器人在室内环境中的导航定位。2.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人室内定位导航方法，其特征在于：所述基于二维条形码的人工路标是采用两种不同颜色的方块组成的正方形，一种颜色代表二进制的1，另一种颜色代表二进制的0，该种路标包含隔离区、判别区和数据区三个部分。3.根据权利要求1所述的基于视觉的机器人室内定位导航方法，其特征在于：所述全局坐标系的坐标轴离散为m’列n’行，形成m’×n’个网格交叉点，每个网格交叉点的坐标为(Xi’，Yj’)，1≤i’≤m’，1≤j’≤n’，其中i’、j’、m’、n’均为自然数。2CCNN110213542902135434A说明书1/7页一种基于视觉的机器人室内定位导航方法技术领域[0001]本发明涉及一种导航方法，尤其涉及一种基于视觉的机器人室内定位导航方法，属于视觉导航领域。背景技术[0002]室内机器人的定位定向是室内机器人领域的一个重要研究热点。由于室内存在卫星信号屏蔽，因此GPS等卫星定位方法在室内无法发挥其定位快速准确的优势。利用无线传感网进行室内定位是当前的热门研究方向，然而该方法一般采用基于链路质量指标或接收信号强度获取节点相对位置的方法实现节点定位，定位精度差，误差甚至可达25％，无法满足室内精确定位的要求。[0003]随着图像处理技术的发展，基于人工路标的机器人视觉导航定位得到了广泛应用。如文献“章小兵，宋爱国，唐鸿儒.基于视觉的室内移动机器人精确定位方法[J].数据采集与处理，2007，22(2)：196-200.”提出了利用贴在天花板上的人工混合编码路标进行定位的方法，路标上标有序号编码和不对称方向沟道，能识别360度航向角，并容易进行扩展；文献“陆军，穆海军，朱齐丹等.全景视觉在机器人自主定位中的应用[J].计算机应用，2007，27(7)：1677-1679.”及文献“ChihJenWu，WenHsiangTsai.Locationestimationforindoorautonomousvehiclenavigationbyomni-directionalvisionusingcircularlandmarksonceilings[J].RoboticsandAutonomousSystems，2009，57(5)：546-555.”提出了基于全景视觉的机器人自主定位方法，通过全景摄像机拍摄机器人周围环境的全方位景物图像，从中识别出机器人周围环境的已知路标，通过三角定位法获得机器人的当前坐标；文献“WeiguoLin，SongminJia，TakafumiAbe，etal..LocalizationofmobilerobotbasedonIDtagandWEBcamera[C].Proceedingofthe2004IEEEConference