[发明专利]二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法

权利要求书

1.一种用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，其特征在于，包括：

控制设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在行进路线上经过铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码，以获得二维码的图像；

针对拍摄的二维码的图像进行边缘提取，以获得边缘图像；

针对边缘图像进行筛选，以获得封闭的轮廓曲线；

针对封闭的轮廓曲线进行多边形拟合，并将辅助边框的轮廓在尺寸和形状均相同的封闭的轮廓曲线确定为辅助边框；

基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域；

基于确定的辅助边框和确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角；

利用二维码扫描程序对二维码的图像在二维码区域内进行扫描，以扫描二维码，并基于二维码编码规则对扫描后的二维码进行解码和校验，以获得二维码的绝对坐标；

基于计算出的成像设备的相对位置和相对方向角以及获得的二维码的绝对坐标，经坐标系转换，获得成像设备的绝对位置和绝对方向角，作为惯性导航中修正机器人位置的视觉导航数据；

获得机器人相对机器人的当前起始点的相对位置以及机器人相对机器人的当前起始方向角的相对方向角；机器人的相对位置和相对方向角是由设置在机器人上的编码器和惯性导航系统确定的；

对成像设备的绝对位置和机器人的相对位置进行计算，以得到机器人的绝对位置，并利用得到的机器人的绝对位置作为惯性导航中确定机器人的下一起始位置，以及，对成像设备的绝对方向角和机器人的相对方向角进行估计，以得到机器人的绝对方向角，并利用得到的机器人的绝对方向角作为惯性导航中确定机器人的下一起始方向角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于确定的辅助边框和确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角，包括：

根据确定的辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算出成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置和相对方向角，作为成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据确定的辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算出成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置和相对方向角，包括：

根据辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算得到辅助边框中心的图像像素坐标，将图像像素坐标乘以比例因子即为成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置；其中，比例因子k＝行长度/行像素个数；

由辅助边框中心点与二维码的图像中心点组成一条直线，计算直线与竖直方向的夹角，为成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对方位角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于计算出的成像设备的相对位置和相对方向角以及获得的二维码的绝对坐标，经坐标系转换，获得成像设备的绝对位置和绝对方向角，包括：

设二维码的绝对坐标为(x1，y1)，绝对方向角为θ，设成像设备的相对位置为(x1’，y1’)，绝对方向角为θ’，则成像设备的绝对位置为(x1+x1’，y1+y1’)，绝对方向角为θ+θ’。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维码为QR码，QR码包含有三个小正方形，所述三个小正方形为QR本身的位置探测图形。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域后，还包括：

针对封闭的轮廓曲线，如果存在有三个封闭的轮廓曲线与三个小正方形的轮廓在尺寸和形状上均相同，二维码区域确定正确。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于确定的辅助边框和确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角，且在利用二维码扫描程序对二维码的图像在二维码区域内进行扫描之前，还包括：

将包含二维码区域的辅助边框的顶点对应到一个正多边形区域得到单应性矩阵；

根据单应性矩阵进行透视变换得到正的二维码区域。