一種基于顏色模式與輔助識(shí)別的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航與定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人移動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于顏色模式與輔助識(shí)別的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航與定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代化的自動(dòng)化生產(chǎn)與倉儲(chǔ)管理中，廣泛的采用了可以替代人進(jìn)行復(fù)雜重復(fù)工作的可移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，要求可以準(zhǔn)確快速的了解機(jī)器人當(dāng)前的位置，并且對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)行為有嚴(yán)格的規(guī)定，從而可以進(jìn)行可預(yù)期和拓展的操作流程和預(yù)防事故的發(fā)生或降低事故的發(fā)生概率。在室內(nèi)機(jī)器人定位領(lǐng)域，一般有如下幾種方法:推算估計(jì)、視覺掃描、RFID定位方法、條形碼定位方法。下面會(huì)詳細(xì)分析一下這些方法:
推算估計(jì)指的是，使用在兩個(gè)車輪上裝的編碼器，測(cè)算出微小距離，從而計(jì)算出機(jī)器人移動(dòng)的距離和行駛姿態(tài)。通過移動(dòng)時(shí)間的跟蹤數(shù)據(jù)，從而計(jì)算出機(jī)器人當(dāng)前的位置與行駛狀況。但是由于車輪與地面摩擦力的變化，導(dǎo)致編碼器無法分辨出由于摩擦力減小發(fā)生的滑動(dòng)。因此，此方法精度比較低。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)發(fā)生誤差的累加，導(dǎo)致其只能應(yīng)用在較短的范圍。
[0003]發(fā)明專利02105980.2中提到的視覺掃描用于吸塵器機(jī)器人。通過放置于機(jī)器人頂端的攝像頭，來繪制天花板的原始圖形情況。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行的時(shí)候，攝像頭將圖形變化反饋給機(jī)器人。機(jī)器人根據(jù)這兩個(gè)圖像的變化，來進(jìn)行位置和移動(dòng)自動(dòng)的調(diào)整與判斷。但是圖形處理要求比較強(qiáng)大的運(yùn)算能力與存儲(chǔ)能力，一般的嵌入式機(jī)器人處理能力無法勝任。
[0004]RFID定位的方法是在地面上，放置或者埋設(shè)RFID，然后當(dāng)機(jī)器人經(jīng)過的時(shí)候，根據(jù)收到的多個(gè)RFID的信號(hào)強(qiáng)弱，來判定機(jī)器人的位置與姿態(tài)。但是RFID之前有信號(hào)干擾，導(dǎo)致精度比較低。
[0005]條形碼定位方法是在專利1707223中提出的。這個(gè)方法使用了用條碼槍掃描到的地面上鋪設(shè)的條形碼字符組合(前4位為絕對(duì)地址，后3位為偏移地址)作為輸入，經(jīng)過查詢條碼與位置信息映射表，來得到機(jī)器人的位置信息。但是無法對(duì)機(jī)器人的姿態(tài)提供幫助。并且只能從單維度來獲得條碼信息，從而無法勝任實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了解決上述技術(shù)問題，而提供一種基于顏色模式與輔助識(shí)別的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航與定位方法。
[0007]本發(fā)明一種室內(nèi)機(jī)器人，它包括機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)、速度控制器、主處理邏輯模塊和導(dǎo)航系統(tǒng)，所述機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括機(jī)器人框架體和一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪，所述機(jī)器人框架體的底部設(shè)有攝像頭安裝凹槽，所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪安裝在機(jī)器人框架體的底部，所述主處理邏輯模塊通過速度控制器控制一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，所述導(dǎo)航系統(tǒng)包括設(shè)置在機(jī)器人活動(dòng)地面上的地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置、攝像頭和視頻信息分析處理模塊，所述地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置是圖形編碼，所述攝像頭安裝在機(jī)器人框架體的底部的攝像頭安裝凹槽內(nèi)，且攝像鏡頭朝下，攝像頭通過視頻信息分析處理模塊與主處理邏輯模塊通訊相連。
[0008]所述導(dǎo)航系統(tǒng)還有四組LED燈，所述四組LED燈安裝在攝像頭的四周。
[0009]所述主處理邏輯模塊采用單片機(jī)。
[0010]還有用于提醒行進(jìn)方向的警示燈，所述警示燈安裝在機(jī)器人框架體上，并與主處理邏輯模塊電連接。
[0011]還有無線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊與主處理邏輯模塊通訊相連，所述無線傳輸模塊是無線Wifi模塊或者無線藍(lán)牙模塊。
[0012]—種基于顏色模式與輔助識(shí)別的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航與定位方法，室內(nèi)機(jī)器人定位的方法按照以下步驟進(jìn)行:
步驟I，預(yù)先測(cè)定，當(dāng)唯一標(biāo)識(shí)裝置位于機(jī)器人正確行駛的姿態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)在攝像頭下的位置，將其中心位置標(biāo)記為Pt (xt,yt);
步驟2，當(dāng)機(jī)器人在移動(dòng)的時(shí)候，攝像頭捕捉到地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置圖形編碼信息； 步驟3，經(jīng)過視頻信息分析處理模塊的處理，得到四個(gè)不同的顏色模式的中心位置，表不為Pl(Xl，yi)，P2(X2，y2)，P3(X3，y3)，P4(X4，y4)；
步驟4，使用步驟3中兩個(gè)不相鄰的中心點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)算，可以得到唯一標(biāo)識(shí)裝置的中心位置 Pr (Xr , Yr):
xr=(xi+x3) / 2 或者 xr=( X2+X4 )/2, yr=(yi+y3) / 2 或者 yr=( y2+y4 )/2；
步驟5，根據(jù)唯一標(biāo)識(shí)位置中心的位置和標(biāo)準(zhǔn)中心位置的比較，就可以得到機(jī)器人的偏
^^里 Δ X=Xt-Xr, Δ y=yt-yr;
步驟6，結(jié)合偏移量和唯一標(biāo)識(shí)所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)地理位置地址，得到機(jī)器人的真實(shí)位置； 室內(nèi)機(jī)器人視寬判定的方法如下:
步驟1，預(yù)先測(cè)定機(jī)器人可以安全通過的通道或者門的寬度；
步驟2，機(jī)器人前進(jìn)的時(shí)候，位于機(jī)器人前端的攝像頭捕獲視頻信息，經(jīng)過視頻信息分析處理模塊處理后，得到位于入口兩側(cè)的顏色模式在機(jī)器人坐標(biāo)中的位置記為P1 (X1，yi)和P2(X2，y2)。根據(jù)這兩個(gè)點(diǎn)的位置得到兩點(diǎn)之間的平面距離D;
步驟3，將得到的距離D與預(yù)先測(cè)定的安全寬度相比較，如果大于或者相等，則可以通過，否則不可以通過；
室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航的方法如下:
步驟1，預(yù)先測(cè)定，當(dāng)唯一標(biāo)識(shí)裝置位于機(jī)器人正確行駛的姿態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)在攝像頭(3)下的位置，將其中心位置標(biāo)記為Pt (xt,yt);
步驟2，當(dāng)機(jī)器人要放置到地面上的時(shí)候，需要放置在指定的區(qū)域里面，這樣可以保證攝像頭捕捉到地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置圖形編碼信息；
步驟3，經(jīng)過視頻信息分析處理模塊的處理，可以得到四個(gè)不同的顏色模式的中心位置<^*SPi(xi，yi)，P2(x2，y2)，P3(X3，y3)，P4(x4，y4)，以及四個(gè)顏色模式的排列角度θι，Θ2,
03,04；
步驟4，使用其中兩個(gè)不相鄰的中心點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)算，可以得到唯一標(biāo)識(shí)裝置的中心位置
Pr (Xr,Yr):
xr=(xi+x3) / 2 或者 xr=( X2+X4 )/2, yr=(yi+y3) / 2 或者 yr=( y2+y4 )/2；
步驟5，根據(jù)唯一標(biāo)識(shí)位置中心的位置和標(biāo)準(zhǔn)中心位置的比較，就可以得到機(jī)器人的偏^^里 Δ X=Xt-Xr, Δ y=yt-yr；
步驟6，根據(jù)偏移量，可以算出機(jī)器人需要調(diào)整的兩個(gè)車輪的輸出，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線行走Rat1L=Rat1D+ A xXGain，Rat1R=Rat1D- A xXGain，其中Rat1L和Rat1R分別代表兩個(gè)車輪的PWM數(shù)值，Rat1D代表前進(jìn)的PffM最大值，Gain為經(jīng)驗(yàn)增益，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)定；
步驟7，根據(jù)四個(gè)角度，可以測(cè)算出機(jī)器人當(dāng)前的姿態(tài)和朝向，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自身原地旋轉(zhuǎn)任意角度Rat1L=Rat1D+( Θ t- Θ i) XGain,Rat1R=Rat1d-( Θ t- Θ i) XGain，其中? t為目標(biāo)角度，Rat1L和Rati0R分別代表兩個(gè)車輪的P麗數(shù)值，Rat1D代表前進(jìn)的P麗最大值。Gain為經(jīng)驗(yàn)增益，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)定。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明基于顏色模式與輔助識(shí)別的室內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)與定位方法具有高效、不易損壞、錯(cuò)誤容忍度高、強(qiáng)糾錯(cuò)能力并且定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1底視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明控制原理示意圖。
[0017]圖4是唯一標(biāo)識(shí)裝置圖形編碼示意圖。
[0018]圖5是位置與角度偏移量示意圖。
[0019]圖6是視寬顏色模式圖示
圖中:1、機(jī)器人框架體;2、一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪;3、攝像頭;4、視頻信息分析處理模塊;5、四組LED燈;6、警示燈;7、無線傳輸模塊;8、速度控制器;9、主處理邏輯模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021 ]如圖1、2、3、4、5、6所示，本發(fā)明一種室內(nèi)機(jī)器人，它包括機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)、速度控制器8、主處理邏輯模塊9和導(dǎo)航系統(tǒng)，所述機(jī)械移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括機(jī)器人框架體I和一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪2，所述機(jī)器人框架體I的底部設(shè)有攝像頭安裝凹槽，所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪2安裝在機(jī)器人框架體I的底部，所述主處理邏輯模塊9通過速度控制器8控制一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪2的轉(zhuǎn)速，所述導(dǎo)航系統(tǒng)包括設(shè)置在機(jī)器人活動(dòng)地面上的地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置、攝像頭3和視頻信息分析處理模塊4，所述地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置是圖形編碼，所述攝像頭3安裝在機(jī)器人框架體I的底部的攝像頭安裝凹槽內(nèi)，且攝像鏡頭朝下，攝像頭3通過視頻信息分析處理模塊4與主處理邏輯模塊9通訊相連。
[0022]所述導(dǎo)航系統(tǒng)還有四組LED燈5，所述四組LED燈5安裝在攝像頭3的四周。
[0023]所述主處理邏輯模塊9采用單片機(jī)。
[0024]還有用于提醒行進(jìn)方向的警示燈6，所述警示燈6安裝在機(jī)器人框架體I上，并與主處理邏輯模塊9電連接。
[0025]還有無線傳輸模塊7，所述無線傳輸模塊7與主處理邏輯模塊9通訊相連，所述無線傳輸模塊7是無線wifi模塊或者無線藍(lán)牙模塊。
[0026]室內(nèi)機(jī)器人定位的方法按照以下步驟進(jìn)行: 步驟1，預(yù)先測(cè)定，當(dāng)唯一標(biāo)識(shí)裝置位于機(jī)器人正確行駛的姿態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)在攝像頭3下的位置，將其中心位置標(biāo)記為Pt (xt,yt);
步驟2，當(dāng)機(jī)器人在移動(dòng)的時(shí)候，攝像頭3捕捉到地面的唯一標(biāo)識(shí)裝置圖形編碼信息； 步驟3，經(jīng)過視頻信息分析處理模塊4的處理，得到四個(gè)不同的顏色模式的中心位置，表不為Pl(Xl，yi)，P2(X2，y2)，P3(X3，y3)，P4(X4，y4)；
步驟4，使用步驟3中兩個(gè)不相鄰的中心點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)算，可以得到唯一標(biāo)識(shí)裝置的中心位置 Pr (Xr , Yr):
xr=(xi+x3)