[发明专利]基于数据矩阵码的移动机器人定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人技术，特别是涉及一种基于数据矩阵码的移动机器人定位方法的技术。

背景技术

使用标签定位是移动机器人定位的主要方法之一，现有采用标签定位的移动机器人定位方法主要有以下几种：

1）使用射频识别技术（RFID）实现定位，在这种使用射频识别技术实现移动机器人定位的方法中，一系列的射频识别标签被安置在应用环境的地板或者天花板上，然后对它们的安装位置进行校准，安置在机器人上的射频识别读码器经过这些标签时会识别出相应的标签并根据标签的位置进行自身的定位。尽管射频识别标签的造价低廉，但是使用射频识别方法需要专门制作特定的读码器和标签，其实现成本还是相对较高，而且在识别过程中读码器相对于标签的位置与角度信息并不能直接获得，其定位精度也较低。

2）基于红外线的定位方法，韩国公司Hagisonic生产的Stargazer传感器是基于红外线实现定位的一个代表作，它是以红外线发射器去照射事先安装在天花板上的被动型标签，然后使用一个CMOS照相机去解析从标签上返回的红外图像，这种定位方法需要专门制作特定的传感器及红外线发射/接收装置，其实现成本较高，整个系统的售价超过1千美元，已经超过了市场上很多小型移动机器人的售价，而且安装也相对较复杂。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现成本低，定位精度高的基于数据矩阵码的移动机器人定位方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于数据矩阵码的移动机器人定位方法，其特征在于，具体步骤如下：

先为移动机器人工作区域设定一个用于标示地面位置点的地面坐标系，并在移动机器人工作区域内设定多个定位分区，在每个定位分区内设定一个定位点，在移动机器人上安置一个镜头朝上的相机；

再将每个定位点在地面坐标系中的坐标编译成二维的数据矩阵码，并印制在标签上，从而得到各个定位点的定位标签；

再将每个定位点的定位标签张贴在该定位点所属定位分区正上方的天花板上；

移动机器人位于一个定位分区内时，利用相机获取该定位分区的定位点的定位标签图像，再根据该定位标签图像在相机自身图像坐标系中的坐标，计算出相机与该定位标签之间的位置关系，并从该定位标签图像中提取出定位点的数据矩阵码，将所提取的数据矩阵码转换为定位点在地面坐标系中的坐标之后，结合相机与该定位标签之间的位置关系，计算出移动机器人当前位置点在地面坐标系中的具体坐标，相机与定位标签之间的位置关系是指：相机当前位置点与定位标签之间的水平间距，及相机当前位置点在地面坐标系中的坐标方位角。

进一步的，所述定位标签上还印制有定位图案，及用于标示数据矩阵码的行列数的交替图案；

所述数据矩阵码由黑白两种方块构成，且两种方块的形状一致，数据矩阵码中的各个方块排列成二维的矩阵形状；

所述定位图案是具有两条直边的黑色L形图案，其中的一条直边为定位图案的横边，另一条直边为定位图案的纵边，定位图案具有三个标签基准点，其中的一个标签基准点为主基准点，另两个标签基准点副基准点，其中的主基准点位于两条直边的接合部，两个副基准点分别位于两条直边的自由端；

所述交替图案是具有两条直边的由黑白两种方块交替排列而成的L形图案，其中的一条直边为交替图案的横边，另一条直边为交替图案的纵边，交替图案中的每个方块的形状均与数据矩阵码的方块形状一致，交替图案与定位图案围合成一个矩形框，所述数据矩阵码印制在由定位图案与交替图案围合成的矩形框内，交替图案中，除两条直边接合部的方块外，横边上的每一个方块标示数据矩阵码的一个方块列，纵边上的每一个方块标示数据矩阵码的一个方块行，从定位标签图像中提取出定位点的数据矩阵码后，根据交替图案所标示的行列数对数据矩阵码进行解码。

进一步的，计算相机与定位标签之间位置关系的方法如下：先从定位标签图像中提取定位图案，并获取定位图案的三个标签基准点在相机图像坐标系中的坐标，再结合相机图像坐标系中的原点的坐标及相机的数学模型，计算出相机与定位标签之间的位置关系。

进一步的，每个定位标签中，定位图案的横边、纵边分别与地面坐标系的横坐标轴、纵坐标轴平行；

相机自身坐标系的横坐标轴、纵坐标轴分别与机器人自身坐标系的横坐标轴、纵坐标轴平行；

计算移动机器人当前位置点在地面坐标系中具体坐标的计算公式如下：