[发明专利]用于室内移动机器人的快速精确定位系统及其工作方法

权利要求书

1.一种用于室内移动机器人的快速精确定位系统，其特征是，它包括安装在机器人上的定位传感器和粘贴在工作区域天花板上的多个反射红外线的无源标签；其中，定位传感器包括图像处理芯片，图像处理芯片分别与存储模块、COMS摄像机、数据接口、电源以及红外发射模块连接，红外发射模块包括多个红外管，它们围绕在COMS摄像头周围并分为几组；无源标签为标识标签，在标识标签上有多个标志点，标志点被分为两类，第一类为方向点，即来确定坐标轴的方向，为了唯一确定方向，标识标签的四个角中只能有任意三个角的位置有方向标志点；第二类为编码点，即剩余的各标志点，通过剩余各标志点的组合来确定该标签的ID编号；在方向点上粘有反射红外线材料，在其余编码点上根据编码需要选择全部或部分粘贴反射红外线材料。

2.如权利要求1所述的用于室内移动机器人的快速精确定位系统，其特征是，所述红外管有12个，每4个分为一组，共3组；开始进行测量时3组全部打开，测得结果后随即关闭一组，再进行测量，如果测量精度没有影响，则再关闭一组。

3.一种采用权利要求1所述的用于室内移动机器人的快速精确定位系统的定位方法，其特征是，工作步骤为：

1）根据需要，在机器人工作区域的天花板上粘贴适当数量的标签，标签之间的距离需大于1.5米，定位传感器与标签之间的距离范围为1米到2.5米；

2）将定位传感器安装在机器人上，上电并初始化；

3）读取存储模块完成配置；

4）判断是否开始检测，若否，则继续等待检测命令；若是，则转入步骤5）；

5）COMS摄像头接收标签反射回来的红外光斑图像，对图像进行预处理，然后检测视野内是否存在有效标签，若没有则转到7），如果视野中有效标签的数量多于一个，则应从中选择最优的标签进行反光点识别；从而确定标签中三个方向点及标签坐标系XOY，从而确定机器人在该标签坐标系下的X、Y坐标信息和航向角信息，并确定定位传感器与粘贴标签天花板之间的高度信息，同时确定标签的ID信息；

6）将处理结果上传到机器人的上位机进行显示和控制；

7）由上位机决定是否停止检测，若否，则返回步骤5）；若是，则结束本次检测过程。

4.如权利要求3所述的定位方法，其特征是，所述步骤2）中，在定位传感器投入使用之前必须对微型CMOS摄像机进行标定，基本步骤为：

（1）打印一张标准的国际象棋盘作为标定板，并将其贴在一个刚性的平面上；

（2）从不同角度拍摄多张标定板图像，数量多可使标定更准确；

（3）检测标定板上的特征点，并确定图像坐标和实际坐标；

（4）利用线性模型计算出摄像机的内部参数；

（5）利用畸变模型，对摄像机内参数进行优化，求出所有参数，确定内参数后对图像进行矫正，从而为后续计算做好准备。

5.如权利要求3所述的定位方法，其特征是，所述步骤5）中，在红外图像中确定最优标签的过程如下：对获取的红外图像进行预处理，选取合适的阈值进行二值化处理获得二值化图像，定位传感器对获取的二值图像进行水平投影和垂直投影相结合的方法来定位标签在红外图像中的位置，排除干扰确定有效标签，使用最近邻的法则来确定当前的最优标签。