[发明专利]基于单个路标的视觉定位与导航方法

摘要

基于单个路标的视觉定位与导航方法。解决现有定位与导航方法实时性不高、抗干扰能力差、路径不易改变等问题。本发明提供的路标包括圆盘式路标主体和圆盘上用于对机器人进行定位的第一辅助部分和指示下一路标所在方向的第二辅助部分。该方法利用单个路标即可实现机器人的定位与导航，包括：将路标间隔铺设在机器人上方；通过镜头获取场景图像并对路标及其第一、第二辅助部分进行识别定位，然后利用图像坐标系、路标坐标系和世界坐标系的关系对机器人进行定位以及导航。基于该路标的定位与导航算法有效的缩小了处理区域，实时性好，抗干扰能力强，路径可编程设定。

主权项

1、一种基于单个路标的机器人视觉定位方法，其特征在于该定位方法包括如下步骤：第一、路标的设计该路标为表盘式组合结构，路标主体是半径为R的圆盘，圆盘圆心为路标中心，圆盘上设有用于机器人定位的第一辅助部分和指示下一路标所在方向的第二辅助部分；路标的主体采用黄色，第一辅助部分采用蓝色，第二辅助部分采用紫色；第二、路标铺设首先确定机器人的移动路径，然后将路标间隔铺设在移动路径上方，铺设时，使当前路标的中心点及其第二辅助部分的中心点和下一路标的中心点及其第一辅助部分的中心点位于同一条直线上；第三、路标的识别与定位令机器人起始时位于第一个路标下方，由机器人对路标进行图像采集，并对图像进行颜色识别，利用模板匹配确定在图像坐标系中路标的中心坐标(x，y)，利用统计平均坐标确定在图像坐标系中路标第一辅助部分的中心坐标(x1，y1)和第二辅助部分的中心坐标(x2，y2)；第四、机器人的定位1)、机器人的相对定位令MO1N为路标坐标系，M’O1’N’为路标坐标系在图像中的投影，则机器人在图像中相对于路标坐标系的坐标为Δm＝-l×sin(θ-β)Δn＝-l×cos(θ-β)$\mathrm{\β}=\arctan \frac{x_1-x}{y_1-y}$$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{x_0-x}{y_0-y}$其中，l为图像中路标距图像中心的距离；β为图像中路标坐标系N’轴与机器人前进方向的夹角，θ为图像中心和路标中心连线与机器人前进方向的夹角，(x0，y0)代表机器人在图像中的坐标；2)、机器人的绝对定位假设路标在世界坐标系XwOwYw中的坐标为(X，Y)，则机器人在世界坐标系中的绝对坐标(X′，Y′)为X′＝X+Lsin(α-λ)Y′＝Y-Lcos(α-λ)其中L＝l/k；λ＝θ-β；α为世界坐标系与路标坐标系的夹角，若路标坐标系相对于世界坐标系发生逆时针旋转则α为正，反之为负，k为图像坐标系与世界坐标系的比例系数。