[发明专利]一种光学成像式轮式移动机器人方位的检测方法及其装置

权利要求书

1.一种光学成像式轮式移动机器人方位的检测方法，其特征在于该检测方法包括以下步骤：

（1）在轮式移动机器人车体的底部安装一个摄像机，用于按设定的采样周期拍摄地面图像，并将拍摄的图像传输给图像处理器；

（2）设定一个地面坐标系xoy，设定一个移动机器人的坐标系XOY，初始位置时两个坐标系重合；

（3）图像处理器连续接收摄像机输出的地面图像，在第一帧地面图像中设定两个特征点M和N，则两个特征点M和N在坐标系XOY中的坐标分别为（X_m0，Y_m0）和（X_n0，Y_n0），两个特征点M和N在第二帧图像中的坐标系XOY中的坐标分别为（X_m1，Y_m1）和（X_n1，Y_n1），通过计算，得到机器人相对地面坐标系的旋转角度△θ₁：

△θ₁=arc tan[（|tanα-tanβ|）/（1+tanα×tanβ）]，

其中，α为点（X_m0，Y_m0）和点（X_n0，Y_n0）之间的连线与坐标系XOY的X轴的夹角，β为点（X_m1，Y_m1）和点（X_n1，Y_n1）之间的连线与坐标系XOY的Y轴的夹角，tanα=（Y_n0-Y_m0）/（X_n0-X_m0），tanβ=（Y_n1-Y_m1）/（X_n1-X_m1）；

（4）根据上述旋转角度△θ₁，得到机器人在地面坐标系中沿x轴方向的移动增量△g₁和沿y轴方向的移动增量△h₁：

△g₁=-△X₁×cosθ+△Y₁×sinθ₁+（X_m0×sinθ₁+Y_m0×cosθ₁）×△θ₁

△h₁=-△X₁×sinθ₁—△Y₁×cosθ₁+（X_m0×cosθ₁—Y_m0×sinθ₁）×△θ₁，

其中△X₁=X_m1-X_m0，△Y₁=Y_m1-Y_m0；

（5）重复步骤（3）和（4），连续接收摄像机输出的地面图像，得到机器人沿地面坐标系的x轴方向的移动量g、沿y轴方向的移动量h以及相对地面坐标系xoy旋转θ角：

g=△g₁+△g₂+…+△g_i

h=△h₁+△h₂+…+△h_i

θ=△θ₁+△θ₂+…+△θ_i。

2.一种光学成像式轮式移动机器人方位的检测装置，其特征在于该装置包括：

光源，用于地面照明，所述的光源固定在轮式移动机器人的车体上；

摄像机，用于拍摄地面图像，并将图像信号传送给图像处理器，所述的摄像机固定在轮式移动机器人的车体上；

图像处理器，用于接收摄像机输出的图像信号，并进行预处理，测量相邻两帧图像的相对位置和方向的变化值，然后换算为移动机器人相对地面的位置和方向的变化值，最后将所有位置和方向变化值分别累加，获得移动机器人相对起始点的位置和方向，所述的图像处理器与摄像机相连接。