[发明专利]基于单个路标的视觉定位与导航方法

权利要求书

1.一种基于单个路标的机器人视觉定位方法，其特征在于该定位方法包括如下步骤：

第一、路标的设计

该路标为表盘式组合结构，路标主体是半径为R的圆盘，圆盘圆心为路标中心，圆盘上设有用于机器人定位的第一辅助部分和指示下一路标所在方向的第二辅助部分；路标的主体采用黄色，第一辅助部分采用蓝色，第二辅助部分采用紫色；

第二、路标铺设

首先确定机器人的移动路径，然后将路标间隔铺设在移动路径上方，铺设时，使当前路标的中心点及其第二辅助部分的中心点和下一路标的中心点及其第一辅助部分的中心点位于同一条直线上；

第三、路标的识别与定位

令机器人起始时位于第一个路标下方，由机器人对路标进行图像采集，并对图像进行颜色识别，利用模板匹配确定在图像坐标系中路标的中心坐标(x，y)，利用统计平均坐标确定在图像坐标系中路标第一辅助部分的中心坐标(x₁，y₁)和第二辅助部分的中心坐标(x₂，y₂)；

第四、机器人的定位

1)、机器人的相对定位

令MO₁N为路标坐标系，M’O₁’N’为路标坐标系在图像中的投影，则机器人在图像中相对于路标坐标系的坐标为

Δm＝-l×sin(θ-β)

Δn＝-l×cos(θ-β)

β=arctanx1-xy1-y]]>

θ=arctanx0-xy0-y]]>

其中，l为图像中路标距图像中心的距离；β为图像中路标坐标系N’轴与机器人前进方向的夹角，θ为图像中心和路标中心连线与机器人前进方向的夹角，(x₀，y₀)代表机器人在图像中的坐标；

2)、机器人的绝对定位

假设路标在世界坐标系X_wO_wY_w中的坐标为(X，Y)，则机器人在世界坐标系中的绝对坐标(X′，Y′)为

X′＝X+Lsin(α-λ)

Y′＝Y-Lcos(α-λ)

其中L＝l/k；λ＝θ-β；α为世界坐标系与路标坐标系的夹角，若路标坐标系相对于世界坐标系发生逆时针旋转则α为正，反之为负，k为图像坐标系与世界坐标系的比例系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于图像坐标系与世界坐标系的比例系数k的计算方法如下：

统计与路标同高度的长度为Lcm的线段在图像中的像素个数n，则比例系数为：

k=nLcm.]]>

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于第三步路标的识别与定位中对图像进行颜色识别的处理区域为边长4kR～6kR的方形区域，路标主体半径R的取值范围一般为10～30cm。