[发明专利]一种室内机器人定位导航方法

说明书

本发明涉及一种室内机器人定位导航方法，属于机器人定位导航技术领域，其定位导航方法为：在检测不到路标的位置依靠航迹推算的相对定位方法快速定位；在检测到路标的位置计算得到绝对坐标，从而得到精确的位姿坐标；当机器人从检测不到路标的位置移动到能够检测到路标的位置，对之前在相对定位区由定位误差累积造成的位移偏差进行修正。本发明尤其适于天花板不便于大量布置路标的室内环境，具有平均处理时间短、传感器数量少、能修正路径偏差等优点。

技术领域

本发明属于机器人定位导航技术领域，涉及一种室内机器人定位导航方法。

背景技术

机器人的导航与定位技术是智能机器人领域的一个重要研究方向。机器人导航是指在有障碍物的环境中，以时间或距离最短为依据，从开始位置到终止点走出一条安全路径。机器人的导航方式已有很多种，根据诸多影响因素的不同，分为视觉导航、光反射导航、地图导航、惯性导航、路标导航等几种方式。

作为机器人导航的基础，定位问题一直是机器人研究领域的热点之一。机器人的定位就是推算机器人所在环境中的位置的过程，可以分为相对定位法和绝对定位法。相对定位根据传感器的不同主要有基于惯性传感器的航迹推算定位方法以及基于码盘的航迹推算定位方法。相对定位法自身定位无需外部参考，但易造成误差累积，不适宜长时间的精确定位。绝对定位法主要包括主动灯塔、目标导航、地图匹配等方法，利用一种或多种外部传感器检测得到的周围环境特征对机器人在参考坐标系中的绝对位姿进行估算。路标导航定位方法由于可靠性好被广泛应用于室内机器人定位领域。

目前基于路标定位的室内机器人定位方法一般需要在天花板大密度地贴设路标，路标在室内坐标系中的坐标是已知的，将基于路标的绝对定位和航迹推算的相对定位得到的信息进行数据融合。这种方式致力于得到实时精确的定位坐标，存在处理时间长、传感器数量多、当天花板存在不便布置路标的区域时误差大等缺点。

发明内容

本发明基于路标定位导航方法存在的上述缺点，提出了一种室内机器人定位导航方法。

本发明还提供了一种寻找目标点的方法。

本发明采用基于被动式红外路标的单目视觉定位系统对室内机器人进行定位，该定位系统主要分为四个模块：机器人，安装在机器人上的摄像机，贴附在天花板上的路标标签、控制模块。机器人上安装有电子罗盘和编码盘，电子罗盘和编码盘可以检测到变化的角度和位移，根据机器人的起点坐标，控制模块就可以计算出机器人的相对坐标。

所述摄像机采用CMOS或CCD感光芯片，镜头和感光芯片间装有滤光片。摄像机外围布置红外LED。

所述路标在室内世界坐标系中的坐标是事先确定的。在红外标签能在摄像机视野范围内有效成像的区域，依靠路标标签进行绝对定位。路标标签采用回归反射材料，呈3×3或4×4点阵布置。路标标签上的点分成两部分，一部分用于路标ID值的计算，另一部分用于路标定位计算。将路标标签粘贴在室内天花板上，路标标签的ID值已事先通过标定，并存储在控制模块内。本发明中的机器人移动起始点坐标和预定路径已知。若机器人在移动途中停下，则将该位置坐标存储下来，作为再次出发时的起点坐标。其具体定位导航过程如下：

(1)红外LED发射红外线，经路标标签反射的红外线在摄像机的CMOS或CCD感光芯片上成像；在检测时间T内，若摄像机没有得到有效的红外点阵成像，执行步骤(2)；若接收到，则执行步骤(3)；

(2)舍弃CMOS或CCD感光芯片得到的信息，控制模块依据电子罗盘和编码盘的数据计算得到机器人的相对坐标，并将其作为一次定位结果；

(3)控制模块根据摄像机得到的路标红外图像，计算路标的ID值和定位信息，得到绝对定位坐标，执行步骤(4)；

(4)控制模块判断上轮定位坐标结果是否为相对坐标，若是，执行步骤(5)；若不是，以(3)中得到的坐标为该次定位结果，完成一次定位；