[发明专利]一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法

说明书

本发明涉及一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，基于空间外置摄像机，通过工作区域上方预设高度所设置的一个或多个摄像机，针对设计于机器人顶部的椭圆形图案进行图像捕获、分析，实现针对机器人在工作区域内的高效定位和导航，克服了现有机器人定位导航的缺点，无需在机器人上安装相关传感器及管线，减少了机器人的重量、芯片的负荷，极大地简化了移动机器人设备及其定位导航方法，并且椭圆形图案的设计采用，在检测机器人位置的同时，能够确定机器人的方向，而且较之长短轴不一的菱形检测，在检测参数数量相同的基础上，椭圆形图案的检测速度较快，应用更为广泛，进而提高了本发明所设计基于椭圆识别的机器人定位导航方法的广泛应用性。

技术领域

本发明涉及一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，属于机器视觉及机械自动化技术领域，具体涉及机器人定位导航技术领域。

背景技术

移动机器人是一种在可复杂环境下工作，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势，目前在国内外正在被广泛的应用。

导航技术是移动机器人的一项核心技术之一，它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态，实现在环境中面向目标的自主运动。目前，移动机器人主要的导航方式包括：磁导航，惯性导航，视觉导航等。磁导航灵活性较好，但导航方式会受环路通过的金属等硬物的机械损伤，对导航有一定的影响。惯性导航灵活性好，但定位准确度差，运动过程中容易产生并累积偏差，适合短距离移动。传统的视觉导航一般采用多目视觉的方式，定位精度可以达到很高，但在运动过程中的实时运算量很大，实时性不佳。

现有的机器人导航方式大多需要在机器人上安装大量的传感器及管线，用于机器人信息的获取，这些传感器及管线增加了机器人的重量、芯片的负荷，甚至可能影响机器人的正常运转和动作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于空间外置摄像机，能够通过针对机器人在工作区域中的图像捕获、分析，实现高效率定位导航的基于椭圆识别的机器人定位导航方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，基于机器人工作区域上方、预设高度所设置的至少一台摄像机，实现针对机器人的定位导航，其中，所有摄像机拍摄区域的组合区域覆盖机器人工作区域，所述定位导航方法，包括如下步骤：

步骤001.在机器人顶部水平平面区域设置椭圆形图案，椭圆形图案的面积大小与所设水平平面区域的面积大小相适应，且椭圆形图案的长轴与机器人直线前后移动路径相平行，椭圆形图案的短轴与机器人直线前后移动路径相垂直，然后进入步骤002；

步骤002.针对各个摄像机的参数进行标定，获得所有摄像机拍摄区域的组合区域图像，确定该组合区域图像与所对应三维空间的映射关系，然后基于该映射关系，针对该组合区域图像实现背景模型建模，获得背景模型，然后实时循环执行如下步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航；

步骤003.实时针对所有摄像机拍摄区域的组合区域图像进行处理，获得机器人工作区域的边缘图像，并基于背景模型，实时识别其中的椭圆形图案，以及实时获得椭圆形图案的中心坐标(p,q)，椭圆形图案的长半轴a、短半轴b、转角θ，然后进入步骤004；

步骤004.根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)，实现椭圆形图案所对应机器人的实时定位，并根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)、椭圆形图案的长半轴a，转角θ，以及预设导航路径，实时获得椭圆形图案所对应机器人的移动方向，再结合预设导航路径，实现机器人的实时导航，并返回步骤003。

作为本发明的一种优选技术方案：所述实时循环执行步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航的同时，按预设时长周期间隔执行步骤002，实现背景模型的周期更新。