[发明专利]一种基于单目视觉的机器人定位精度评价方法

说明书

本发明公开了一种基于单目视觉的机器人定位精度评价方法，在机器人运动空间中任意位置布置标定板，运动过程中，机器人在其工作环境中的不同位置观测同一标定板多次，并以这样的观测方法多次采样，根据一次运动过程采集的所有观测信息，以及观测信息的数据统计特征，实现不同定位算法在同样的工作环境下定位精度的定量对比。本发明不借助于其他精密仪器来获取机器人真实的位姿，并且不需要大量重复的实验测试，节约了使用成本同时提高了工作效率。另外，采用环境未知位姿的标定板，使得评价方法更加简便，机器人的运动环境和空间不受限制。最后，以正相关于定位误差的表达来描述机器人定位算法的精确度，实现不同算法间定位精度高低的比较。

技术领域

本发明涉及机器人视觉的技术领域，尤其涉及到一种基于单目视觉的机器人定位精度评价方法。

背景技术

移动机器人的视觉定位被广泛应用于移动机器人视觉导航的各个方面，定位的精度直接影响移动机器人导航能力。因此，对移动机器人定位精度高低的评价至关重要。目前常见的评价方法，多通过运动获取设备以及在运动环境中添加具有位置相关性的标定板组来比较分析。

然而，布置运动获取设备及标定板组的方法，其应用成本高，对环境的改造程度大，增加了使用的复杂度，这样的评价方法难以在实际应用中得以广泛应用。本发明提出一种基于单目视觉的定位精度评价方法，通过采集移动机器人在移动过程中的传感反馈，利用搭载在机器人本体上的单目相机观察运动空间中一个任意位置的标定板，实现不同定位算法精度高低的定量比较。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于单目视觉的机器人定位精度评价方法。本方法在机器人运动空间中任意位置布置标定板，而不需要标定标定板间的姿态位姿(位置和姿态)。运动过程中，机器人在其工作环境中的不同位置观测同一标定板多次，并以这样的观测方法多次采样，根据一次运动过程采集的所有观测信息，根据观测信息的数据统计特征，实现不同定位算法在同样的工作环境下定位精度的定量对比。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：

一种基于单目视觉的机器人定位精度评价方法，包括以下步骤：

S1：在机器人运动沿途的视觉范围内布置标定板；

S2：机器人向运动空间中某一标定板移动；

S3：当机器人靠近该标定板时，记录机器人当前算法的实时位姿信息以及机器人与该标定板的相对位姿信息；

S4：拟合得出误差分布曲线，评价出定位算法精度的高低。

进一步地，所述步骤S3中，机器人的实时位姿信息通过定位算法求得。

进一步地，所述步骤S3中，机器人与标定板的相对位姿信息通过多视几何方法求得，具体计算步骤如下：

图像平面坐标系转图像像素坐标系：

其中，uO₀v为图像像素坐标系，单位为像素；xO₁y为图像平面坐标系，单位为毫米；

假设每一个像素在u轴和v轴方向上的物理尺寸为d_x和d_y；

上式中，d_x，d_y，u₀，v₀均为假设的参数；

相机坐标系转世界坐标系：

上式中，(X_C,Y_C,Z_C)为相机坐标系中的图像点，(X,Y,Z)为世界坐标系中的图像点；R为3*3旋转矩阵，t为3*1平移矩阵，L表示为4*4矩阵；