[发明专利]基于单个路标的视觉定位与导航方法

说明书

【技术领域】：本发明属于机器人视觉定位与导航技术领域。

【背景技术】：机器人工作过程中经常需要确定自身位置(定位)并进行导航，因此定位和导航一直是机器人领域中的一个重要研究方向，具有很好的应用前景。

常用的定位方法有利用超声或红外传感器等感知机器人与周围物体的相对位置，从而对机器人进行定位，这种方法可以较准确的判断出机器人与周围物体的相对位置，但是要想对机器人进行绝对定位却很困难，因此主要用于导航。另一种方法是利用视觉获取环境信息与数据库中的数据进行匹配从而对机器人进行定位，该方法可以较准确的获取机器人的绝对位置，但是定位算法比较复杂。

常用的导航方法有利用导轨进行导航，利用超声或红外传感器等进行导航和利用视觉进行导航。其中利用导轨进行导航精度很高，实时性好，但是导轨铺设困难，导航路径固定；利用超声或红外传感器等进行导航精度较高，但信息量小，不利于机器人的综合运用；利用视觉进行导航由于信息量大，设备简单，使用方便，受到了广大研究者的青睐。

目前，视觉定位与导航中使用最多的是利用路标进行定位与导航。路标选取可分为两大类：一是利用自然信息作为路标，二是利用人造路标。利用自然信息作为路标可以提取同一场景中多种自然信息，定位与导航精度高，但该方法计算复杂，并且需要事先建模，系统实时性不高；利用人造路标进行定位与导航算法相对简单，系统实时性较高，但是抗干扰能力差，可靠性不高。

【发明内容】：本发明目的是解决现有机器人定位与导航方法实时性不够高、抗干扰能力差、路标信息量小、路径不易改变等问题，提供一种简单、经济，路径可随意改变且实时性更高的机器人视觉定位与导航方法，以及适合该方法的路标。

该方法根据路标和机器人在图像坐标系的位姿关系计算机器人相对于路标的相对位姿，依据路标坐标系和世界坐标系的关系计算机器人在世界坐标系的绝对位姿，即对机器人进行定位。

根据路标、目标点和机器人在图像中的相互关系对机器人进行视觉导航。

1、本发明提供的基于单个路标的机器人视觉定位方法，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]]>