[发明专利]一种光学成像式轮式移动机器人方位的检测方法及其装置

摘要

本发明涉及一种光学成像式轮式移动机器人方位的检测方法及其装置，属于运动定位技术领域。本发明在轮式移动机器人车体安装光源、摄像机和图像处理器。摄像机拍摄地面图像，并将拍摄的图像传输给图像处理器，图像处理器接收摄像机输出的地面图像，测量相邻两帧图像的相对位置和方向的变化值，换算为移动机器人相对地面的位置和方向的变化值，最后将所有变化值分别累加，获得移动机器人相对起始点的位置和方向。本发明的检测方法和装置结构简单、使用方便、价格低廉，在原理上不受时间或机器人结构参数估值的影响，具有很高的长期精度，具有实际推广应用价值。

主权项

一种光学成像式轮式移动机器人方位的检测方法，其特征在于该检测方法包括以下步骤：（1）在轮式移动机器人车体的底部安装一个摄像机，用于按设定的采样周期拍摄地面图像，并将拍摄的图像传输给图像处理器；（2）设定一个地面坐标系xoy，设定一个移动机器人的坐标系XOY，初始位置时两个坐标系重合；（3）图像处理器连续接收摄像机输出的地面图像，在第一帧地面图像中设定两个特征点M和N，则两个特征点M和N在坐标系XOY中的坐标分别为（Xm0，Ym0）和（Xn0，Yn0），两个特征点M和N在第二帧图像中的坐标系XOY中的坐标分别为（Xm1，Ym1）和（Xn1，Yn1），通过计算，得到机器人相对地面坐标系的旋转角度△θ1：△θ1=arc tan[（|tanα‑tanβ|）/（1+tanα×tanβ）]，其中，α为点（Xm0，Ym0）和点（Xn0，Yn0）之间的连线与坐标系XOY的X轴的夹角，β为点（Xm1，Ym1）和点（Xn1，Yn1）之间的连线与坐标系XOY的Y轴的夹角，tanα=（Yn0‑Ym0）/（Xn0‑Xm0），tanβ=（Yn1‑Ym1）/（Xn1‑Xm1）；（4）根据上述旋转角度△θ1，得到机器人在地面坐标系中沿x轴方向的移动增量△g1和沿y轴方向的移动增量△h1：△g1=‑△X1×cosθ+△Y1×sinθ1+（Xm0×sinθ1+Ym0×cosθ1）×△θ1△h1=‑△X1×sinθ1—△Y1×cosθ1+（Xm0×cosθ1—Ym0×sinθ1）×△θ1，其中△X1=Xm1‑Xm0，△Y1=Ym1‑Ym0；（5）重复步骤（3）和（4），连续接收摄像机输出的地面图像，得到机器人沿地面坐标系的x轴方向的移动量g、沿y轴方向的移动量h以及相对地面坐标系xoy旋转θ角：g=△g1+△g2+…+△gih=△h1+△h2+…+△hiθ=△θ1+△θ2+…+△θi。