[发明专利]一种基于全景相机下直线特征的室内移动机器人导航方法

说明书

一种基于全景相机下直线特征的室内移动机器人导航方法，涉及机器人学、机器视觉与控制技术领域。本发明的目的是为了保证采用基于图像的视觉伺服方法控制移动机器人时，目标图像特征整个过程都在相机视野范围内。本发明采用了全景相机，针对室内的应用环境而言可以获取到更为丰富的外部环境信息，除此之外相较于单点采取了更为稳定的直线特征作为图像特征，图像特征始终出现在视野范围之内。另外针对全景相机非线性成像的特点，实现了机器人空间姿态与图像信息的一一对应关系，从而确保了系统的鲁棒性，使得伺服控制系统对于环境的适应性更强。

技术领域

本发明属于机器人学、机器视觉与控制技术领域，尤其涉及移动机器人视觉伺服控制技术。

背景技术

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。而配置相应的传感器是移动机器人获取外界信息的必要条件，其中视觉传感器是现今应用最为广泛的传感器类型，它使得机器人能够通过二维三维图像识别环境信息，从而应用于导航、交互、规划等复杂工作环境。

在诸多相机传感器中，全景相机由于其视场大的优势逐渐成为机器视觉领域的研究热点。相比较于传统针孔成像原理的相机，全景相机由于其独特的统一球面投影模型使得其成像呈现非线性的特点。对于室内移动机器人而言，若能解决非线性成像模型的问题，全景相机大视场这一优势将有助于机器人获得更为丰富的外界环境信息。

针对移动机器人的控制，视觉传感器提供了诸多有效的解决方案，其中视觉伺服控制由于直接利用视觉信息建立图像坐标系和空间坐标系之间的映射关系，具有较好的控制鲁棒性。常见的视觉伺服主要有基于位置的视觉伺服方法(PBVS)和基于图像的视觉伺服方法(IBVS)，PBVS优势在于直接利用笛卡尔坐标空间位姿偏差作为控制先决条件，但是需要建立在视觉系统高精度的标定基础上；而IBVS是直接计算当前图像特征与期望特征的偏差，再通过雅可比矩阵换算到机器人控制量，并在系统运行过程中进行实时更新，这种策略关键点在于雅可比矩阵的构造，并不要求相关空间位姿信息，但是要求目标图像特征整个过程都在相机视野范围内。

发明内容

本发明的目的是为了保证采用基于图像的视觉伺服方法控制移动机器人时，目标图像特征整个过程都在相机视野范围内，现提供一种基于全景相机下直线特征的室内移动机器人导航方法。

一种基于全景相机下直线特征的室内移动机器人导航方法，所述方法为包括以下步骤：

S1：建立移动机器人活动区域的空间坐标系，所述移动机器人上设有全景相机，

S2：利用全景相机采集t时刻移动机器人活动区域的图像，

S3：识别S2获得图像中的环境图像特征，并获得移动机器人在运动过程中该环境图像特征的实时成像位置，根据实时成像位置获得移动机器人在空间坐标系中任意位姿下的目标图像特征s；

S4：根据机器人期望位姿下的环境信息得到期望的图像特征s^*、并计算图像特征的偏差Δs＝s-s^*，

S5：判断是否满足Δsδ，其中δ为预设偏差阈值，

是则移动机器人已经达到理想位姿，结束移动机器人的导航，否则执行S6，

S6：利用目标图像特征s构建t时刻的雅可比矩阵；

S7：根据偏差值Δs和t时刻的雅可比矩阵，结合机器人运动参数，获得移动机器人的角速度，利用该角速度控制移动机器人运动，

S8：使t＝t+1，返回S2。