專(zhuān)利名稱(chēng):一種室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)包括設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上的航跡推算單元，用于實(shí)時(shí)生成相對(duì)定位的位置信息；視覺(jué)定位單元，用于間歇性生成視覺(jué)定位的位置信息；以及若干攝像單元，用于捕獲室內(nèi)機(jī)器人在不同視角下的圖像并發(fā)送給視覺(jué)定位單元，其中，本實(shí)用新型的定位系統(tǒng)還包括位姿校正單元，并且位姿校正單元通過(guò)將視覺(jué)定位單元生成的位置信息與同一時(shí)刻航跡推算單元生成的位置信息融合，從而完成對(duì)室內(nèi)機(jī)器人位姿的校正。本實(shí)用新型能夠消除因采用相對(duì)定位而帶來(lái)隨時(shí)間積累的漂移誤差，提高定位的精確度，而且本實(shí)用新型的硬件成本低，實(shí)施簡(jiǎn)單，除非硬件故障，幾乎不需要維護(hù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]定位是室內(nèi)機(jī)器人的基礎(chǔ)能力，決定機(jī)器人的自主能力與智能化水平，也是制約室內(nèi)機(jī)器人進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。機(jī)器人定位技術(shù)可分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位技術(shù)兩類(lèi)。
[0003]絕對(duì)定位主要采用導(dǎo)航信標(biāo)、主動(dòng)或被動(dòng)標(biāo)識(shí)、地圖匹配或衛(wèi)星導(dǎo)航(GPS)技術(shù)，定位精度較高。但是這幾種方法中，信標(biāo)或標(biāo)識(shí)牌的建設(shè)和維護(hù)成本較高，地圖匹配技術(shù)處理速度慢，而GPS只能用于室外，且精度很差(1m?30m)。絕對(duì)定位的位置計(jì)算方法包括三視角法、三視距法、模型匹配算法等。
[0004]相對(duì)定位是通過(guò)測(cè)量機(jī)器人相對(duì)于初始位置的距離和方向來(lái)確定機(jī)器人的當(dāng)前位置，通常也稱(chēng)為航位推算法。常用的傳感器包括里程計(jì)及慣導(dǎo)系統(tǒng)(速度陀螺、加速度計(jì)等)。航位推算法的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人的位姿是自我推算出來(lái)的，不需要對(duì)外界環(huán)境的感知信息，缺點(diǎn)是漂移誤差會(huì)隨時(shí)間累積，不適于精確定位。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提高室內(nèi)機(jī)器人的定位精度，同時(shí)降低定位系統(tǒng)的硬件成本。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供一種室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其包括設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上的航跡推算單元，用于實(shí)時(shí)生成相對(duì)定位的位置信息;視覺(jué)定位單元，用于間歇性生成視覺(jué)定位的位置信息；以及至少一個(gè)攝像單元，用于捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像并發(fā)送給所述視覺(jué)定位單元，本實(shí)用新型的室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)還包括位姿校正單元，并且所述位姿校正單元，用于將所述視覺(jué)定位單元生成的位置信息與同一時(shí)刻所述航跡推算單元生成的位置信息融合，完成對(duì)所述航跡推算單元位姿的校正。
[0007]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，所述位姿校正單元具有擴(kuò)展卡爾曼濾波器，用于融合所述航跡推算單元與所述視覺(jué)定位單元的位置信息。
[0008]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，設(shè)置的多個(gè)所述攝像單元中，相鄰的所述攝像單元的視場(chǎng)相交疊，且全部所述攝像單元構(gòu)成的視場(chǎng)區(qū)域包含室內(nèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)區(qū)域;其中，所述攝像單元通過(guò)跟蹤室內(nèi)機(jī)器人上設(shè)置的信標(biāo)，實(shí)時(shí)捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像。
[0009]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，所述視覺(jué)定位單元分別與每個(gè)所述攝像單元通信連接，用以獲取所述攝像單元捕獲的圖像;其中，所述視覺(jué)定位單元根據(jù)所述攝像單元發(fā)送的圖像，生成視覺(jué)定位的位置信息。
[0010]根據(jù)一種具體的實(shí)施方式，室內(nèi)機(jī)器人位于所述攝像單元的視場(chǎng)交疊區(qū)域時(shí)，所述視覺(jué)定位單元采用最小二乘法確定位置信息。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果:通過(guò)航跡推算單元實(shí)時(shí)地對(duì)室內(nèi)機(jī)器人進(jìn)行相對(duì)定位，以及利用視覺(jué)定位單元與若干攝像單元，間歇性地對(duì)室內(nèi)機(jī)器人進(jìn)行視覺(jué)定位，并通過(guò)位姿校正單元將相對(duì)定位與視覺(jué)定位的位置信息進(jìn)行融合，完成對(duì)室內(nèi)機(jī)器人位姿的校正，從而消除因采用相對(duì)定位而帶來(lái)隨時(shí)間積累的漂移誤差，提高定位的精確度，而且本實(shí)用新型的硬件成本低，實(shí)施簡(jiǎn)單，除非硬件故障，幾乎不需要額外的維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】

[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型的攝像單元視場(chǎng)區(qū)域示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本【實(shí)用新型內(nèi)容】所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本實(shí)用新型的范圍。
[0015]如圖1所示的本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，本實(shí)用新型包括設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上的航跡推算單元，用于實(shí)時(shí)生成相對(duì)定位的位置信息;視覺(jué)定位單元，用于間歇性生成視覺(jué)定位的位置信息；以及至少一個(gè)攝像單元，用于捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像并發(fā)送給視覺(jué)定位單元。
[0016]本實(shí)用新型的室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)還包括位姿校正單元，并且還包括位姿校正單元，并且位姿校正單元，用于將視覺(jué)定位單元生成的位置信息與同一時(shí)刻航跡推算單元生成的位置信息融合，完成對(duì)航跡推算單元位姿的校正。
[0017]具體的，位姿校正單元具有擴(kuò)展卡爾曼濾波器，用于融合航跡推算單元與視覺(jué)定位單元的位置信息。其中，擴(kuò)展卡爾曼濾波器考慮了時(shí)間非線性，能夠得出較好的位置估
i+o
[0018]結(jié)合圖2所示的攝像單元視場(chǎng)區(qū)域示意圖，其中，為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)區(qū)域擴(kuò)展而設(shè)置的多個(gè)攝像單元時(shí)，相鄰的攝像單元的視場(chǎng)相交疊，而且全部攝像單元構(gòu)成的視場(chǎng)區(qū)域包含室內(nèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，其中，攝像單元通過(guò)跟蹤室內(nèi)機(jī)器人上設(shè)置的信標(biāo)，實(shí)時(shí)捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像。本實(shí)用新型中，采用的攝像單元為雙目攝像機(jī)，用來(lái)跟蹤室內(nèi)機(jī)器人上的信標(biāo)和記錄圖像。
[0019]室內(nèi)機(jī)器人按相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，視覺(jué)定位單元分別與每個(gè)攝像單元通信連接，用以獲取各個(gè)攝像單元捕獲的圖像;其中，視覺(jué)定位單元根據(jù)攝像單元發(fā)送的圖像，生成視覺(jué)定位的位置信息。尤其，室內(nèi)機(jī)器人位于攝像單元的視場(chǎng)交疊區(qū)域時(shí)，視覺(jué)定位單元采用最小二乘法確定位置信息。
[0020]在實(shí)施時(shí)，本實(shí)用新型的所有的攝像單元可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線，直接將捕獲的圖像發(fā)送給視覺(jué)定位單元，從而保證發(fā)送的圖像質(zhì)量以及穩(wěn)定性。視覺(jué)定位單元基于HALCON視覺(jué)軟件，對(duì)接收到的各個(gè)攝像單元捕獲的圖像進(jìn)行運(yùn)算處理，而獲得相應(yīng)的位置信息，并且視覺(jué)單元通過(guò)WIFI和藍(lán)牙等無(wú)線通信手段，將視覺(jué)定位的位置信息發(fā)送至位姿校正單元。
[0021]同時(shí)，航跡推算單元與位姿校正單元也可以通過(guò)WIFI和藍(lán)牙等無(wú)線通信手段進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，即相當(dāng)于位姿校正單元可以選擇不設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上。不過(guò)為了考慮數(shù)據(jù)交互的穩(wěn)定性，將位姿校正單元設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與航跡推算單元連接，保證位姿校正單元與航跡推算單元數(shù)據(jù)交互的穩(wěn)定性。
[0022]利用本實(shí)用新型室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)進(jìn)行定位的方法，其一方面通過(guò)設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上的航跡推算單元，實(shí)時(shí)生成相對(duì)定位的位置信息，另一方面通過(guò)至少一個(gè)攝像單元捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像并發(fā)送給視覺(jué)定位單元，再由視覺(jué)定位單元，間歇性地獲取視覺(jué)定位的位置信息，本實(shí)用新型的方法還通過(guò)位姿校正單元，將航跡推算單元與視覺(jué)定位單元在同一時(shí)刻所確定的位置信息融合，完成對(duì)航跡推算單元位姿的校正。
[0023]具體的，本實(shí)用新型的位姿校正單元運(yùn)用擴(kuò)展卡爾曼濾波器，完成對(duì)航跡推算單元與視覺(jué)定位單元的位置信息的融合。安裝多個(gè)攝像單元時(shí)，使相鄰的攝像單元的視場(chǎng)相交疊，而且使全部攝像單元構(gòu)成的視場(chǎng)區(qū)域包含室內(nèi)機(jī)器人的活動(dòng)區(qū)域，其中，攝像單元通過(guò)跟蹤室內(nèi)機(jī)器人上設(shè)置的信標(biāo)，實(shí)時(shí)捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像。當(dāng)室內(nèi)機(jī)器人位于攝像單元的視場(chǎng)交疊區(qū)域時(shí)，視覺(jué)定位單元通過(guò)最小二乘法確定位置信息。
[0024]在實(shí)施時(shí)，在攝像單元工作前，分別進(jìn)行各個(gè)攝像單元工作參數(shù)的標(biāo)定，以及確定各個(gè)攝像單元之間的相對(duì)位置關(guān)系，并將各個(gè)攝像單元的標(biāo)定參數(shù)以及各個(gè)攝像單元之間的相對(duì)位置關(guān)系，發(fā)送給視覺(jué)定位單元，當(dāng)視覺(jué)定位單元接收到攝像單元發(fā)送的圖像后，運(yùn)用HALCON視覺(jué)軟件，并結(jié)合標(biāo)定參數(shù)和攝像單元之間的相對(duì)位置關(guān)系，生成室內(nèi)機(jī)器人視覺(jué)定位的位置信息。
[0025]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不限制于上述實(shí)施方式，在不脫離本申請(qǐng)的權(quán)利要求的精神和范圍情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出各種修改或改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)，包括設(shè)置在室內(nèi)機(jī)器人上的航跡推算單元，用于實(shí)時(shí)生成相對(duì)定位的位置信息;視覺(jué)定位單元，用于間歇性生成視覺(jué)定位的位置信息；以及至少一個(gè)攝像單元，用于捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像并發(fā)送給所述視覺(jué)定位單元，其特征在于，還包括位姿校正單元，并且所述位姿校正單元，用于將所述視覺(jué)定位單元生成的位置信息與同一時(shí)刻所述航跡推算單元生成的位置信息融合，完成對(duì)所述航跡推算單元位姿的校正;其中，所述位姿校正單元具有擴(kuò)展卡爾曼濾波器，用于融合所述航跡推算單元與所述視覺(jué)定位單元的位置信息。2.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置的多個(gè)所述攝像單元中，相鄰的所述攝像單元的視場(chǎng)相交疊，且全部所述攝像單元構(gòu)成的視場(chǎng)區(qū)域包含室內(nèi)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)區(qū)域;其中，所述攝像單元通過(guò)跟蹤室內(nèi)機(jī)器人上設(shè)置的信標(biāo)，實(shí)時(shí)捕獲室內(nèi)機(jī)器人的圖像。3.如權(quán)利要求2所述的室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺(jué)定位單元分別與每個(gè)所述攝像單元通信連接，用以獲取所述攝像單元捕獲的圖像;其中，所述視覺(jué)定位單元根據(jù)所述攝像單元發(fā)送的圖像，生成視覺(jué)定位的位置信息。4.如權(quán)利要求3所述的室內(nèi)機(jī)器人定位系統(tǒng)，其特征在于，室內(nèi)機(jī)器人位于所述攝像單元的視場(chǎng)交疊區(qū)域時(shí)，所述視覺(jué)定位單元采用最小二乘法確定位置信息。
【文檔編號(hào)】G01C21/12GK205691126SQ201620222072
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日 公開(kāi)號(hào)201620222072.5, CN 201620222072, CN 205691126 U, CN 205691126U, CN-U-205691126, CN201620222072, CN201620222072.5, CN205691126 U, CN205691126U
【發(fā)明人】駱德淵
【申請(qǐng)人】成都電科創(chuàng)品機(jī)器人科技有限公司