移動機器人組合式導航方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移動機器人組合式導航方法，包括以下步驟：S1、利用控制點提取模塊在設定的機器人移動路徑上提取控制點；S2、在設定的機器人移動路徑的每一個控制點的位置上方，設置位姿控制板；S3、在每一個控制點位置上，利用機器人上設置的紅外照相機拍攝包含有位于機器人上方的位姿控制板的圖像；S4、利用位姿調(diào)整單元來實現(xiàn)對機器人絕對位置的定位；S5、以所述當前位置及所述當前偏移角度為基準，采用慣性導航方式對機器人進行導航。該導航方法利用紅外照相機拍攝具有位姿控制板的圖像，采用圖像處理技術(shù)對機器人實現(xiàn)絕對位置的定位，然后采用慣性導航方式對機器人進行導航，具有成本低、導航精度高、運動速度快等優(yōu)點。
【專利說明】
移動機器人組合式導航方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種機器人導航技術(shù)領(lǐng)域，特別是移動機器人組合式導航方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在移動機器人相關(guān)技術(shù)研究中，導航技術(shù)屬于其核心技術(shù)，也是實現(xiàn)機器人智能 化作業(yè)的關(guān)鍵。目前，移動機器人有多種導航方式，主要有激光導航、視覺導航、慣性導航、 磁軌導航、路標導航等。
[0003] 激光導航方式中，機器人通過激光傳感器實時掃描反射板的方式來實現(xiàn)自身定 位，并根據(jù)定位進行導航。激光傳感器價格昂貴，激光反射板的布置要求嚴格，因此極大地 限制了其應用。視覺導航通過攝像機動態(tài)拍攝圖片來獲得環(huán)境信息，為了將目標從背景中 分離，需要很大的圖像計算量，系統(tǒng)實時性低，同時存在光線干擾導致可靠性降低等問題。 慣性導航方式中，機器人的位置信息是經(jīng)過積分運算而推算來的，并非是絕對的位置，定位 誤差會隨運行時間的增加而增大，定位和導航精度差。磁軌導航需要鋪設專門的磁軌，鋪設 麻煩，工作量大，而且影響工作場地的美觀，接受范圍受限。路標導航通過在機器人的移動 路徑上安裝路標，通過攝像機來讀取路標進行導航。路標的設計及相應的計算機圖形處理 軟件復雜，路標的安裝數(shù)目多，工作量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種精度高、價格低、使用 方便、穩(wěn)定性高的移動機器人組合式導航方法及裝置。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的一種移動機器人組合式導航方法，包括以下 步驟：
[0006] S1、利用控制點提取模塊在設定的機器人移動路徑上提取控制點；
[0007] S2、在設定的機器人移動路徑的每一個控制點的位置上方，設置位姿控制板，所述 位姿控制板包括由多個圓形彩色標記形成的組合；
[0008] S3、在每一個控制點位置上，利用機器人上設置的紅外照相機拍攝包含有位于機 器人上方的位姿控制板的圖像；
[0009] S4、利用位姿調(diào)整單元來獲取所拍攝到的圖像，并采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出 圖像中的位姿控制板，根據(jù)所拍攝圖像中的位姿控制板及已知的該位姿控制板的坐標確定 機器人的當前位置及當前偏移角度，實現(xiàn)對機器人絕對位置的定位；
[0010]其中對于位姿控制板上圓形彩色標記的識別方法首先采用otsu方法計算出一個 全局閾值，將圖像二值化;采用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的脈沖噪聲濾波器去除圖像中的噪聲；用 Canny邊緣檢測算法進行邊緣分割，檢測出圓形彩色標記的邊緣;接著在每一個彩色圓形標 記的邊界內(nèi)，獲取像素的RGB值，并據(jù)此計算出每一個彩色圓形標記的顏色；
[0011] S5、以所述當前位置及所述當前偏移角度為基準，采用慣性導航方式對機器人進 行導航。
[0012] 所述步驟S1中的機器人移動路徑是由不同長度的直線和不同半徑或弧長的圓弧 按照一定的順序組成，控制點提取模塊首先將移動路徑從起點到終點按照直線、圓弧進行 分段，其中不同半徑或弧長的圓弧為不同的分段，在每段直線和圓弧的起點和終點選為控 制點；計算所分割的每一個直線和圓弧的長度均與預設的數(shù)值相比較，如果比較的數(shù)值是 Ν. Μ倍，如果Ν. Μ大于1，則將此直線或圓弧用N個點分割為N+1等分，將N個分割點選取為控制 點；通過控制點提取模塊所獲得的所有控制點按照移動路徑從起點到終點的順序排列，并 獲取其坐標值。
[0013] 所述步驟S2中的位姿控制板上的圓形彩色標記排列在一橫和一縱兩個方向，橫向 排列的圓形標記的顏色不完全相同，縱向排列的圓形標記的顏色完全相同，其中橫向和縱 向的圓形彩色標記數(shù)目均為大于1的奇數(shù)，且圓形彩色標記的彩色標記是不同顏色的反射 涂層，以便在一定的波帶內(nèi)反射紅外線。
[0014] 將上述位姿控制板的橫向圓形彩色標記的圓心連線形成X軸，縱向排列的圓形標 記的圓心連線形成Υ軸，則X軸與Υ軸的交點就是位姿控制板的基準點，并對應于機器人移動 路徑上的控制點；
[0015] 所述位姿控制板具有完全相同或完全不同的尺寸，且其數(shù)目與提取的機器人移動 路徑控制點的數(shù)目相同，并以距離地面指定高度設在機器人移動路徑上的控制點的上方。
[0016] 所述步驟S3中的紅外照相機安裝在機器人上并能夠拍攝到包含有位于機器人上 方的位姿控制板的圖像；
[0017] 在機器人執(zhí)行任務之前，將機器人移動到每個位姿控制板下，利用紅外照相機拍 攝每個位置的位姿控制板的圖像;在機器人執(zhí)行任務時，采用慣性導航方式對機器人進行 導航，當機器人運動到位姿控制板拍攝區(qū)域時，利用紅外照相機拍攝包含有位于機器人上 方的位姿控制板的圖像。
[0018] 所述步驟S4中的位姿調(diào)整單元采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出所拍攝圖像中的位 姿控制板所包含的顏色，并根據(jù)所設定的顏色編碼，將X軸所包含的顏色組合轉(zhuǎn)換為位姿控 制板的編碼;根據(jù)已知的位姿控制板的編碼與機器人移動路徑中控制點的對應關(guān)系，確定 所拍攝圖像中的位姿控制板的坐標；
[0019] 接著采用圖像標定技術(shù)，計算出機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板在X方 向和y方向的水平偏移及機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板的角度偏移。計算方法 可采用現(xiàn)有圖像標定技術(shù)來實現(xiàn)，在此不作限定和具體闡述。
[0020] 然后根據(jù)所述水平偏移、角度偏移和所拍攝圖像中位姿控制板的坐標確定機器人 的當前位置，根據(jù)所述機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板的偏移角度及已知圖像中 的位姿控制板與機器人路徑分析中的角度關(guān)系來確定機器人的當前偏移角度。
[0021] 所述顏色編碼是指將不同的顏色與各個數(shù)字進行一一對應，從而根據(jù)不同顏色的 編碼定義，不同顏色圓形標記的組合，獲得不同的數(shù)值，該數(shù)值即是位姿控制板的編碼，該 對應關(guān)系均是已知的、并預先存儲在機器人控制系統(tǒng)中。在本專利申請中，顏色編碼定義： 根據(jù)國家標準規(guī)定，一般有10種顏色：黑、白、紅、綠、藍、黃、灰、棕、紫、粉，分別與〇到9共10 個數(shù)字--對應。
[0022]為了提高對于顏色的認知，所述步驟S4中在獲取到位姿控制板上彩色圓形標記的 邊界內(nèi)顏色像素的RGB值后，將像素的RGB值轉(zhuǎn)換為HLS計色體系來計算出每一個彩色圓形 標記的顏色。
[0023] 另外由于圖像中的目標，往往是由許多像素排列形成的連通區(qū)。這些像素的三基 色值不一定嚴格相等，而是集中分布在色度圖的某一區(qū)域，從整體上表現(xiàn)出某種顏色。因 此，對于區(qū)域內(nèi)的顏色識別，若只是取該連通區(qū)中的某像素點作為整體顏色不一定準確，故 應該采用統(tǒng)計的方法，以出現(xiàn)概率最大的三基色值作為整體顏色。
[0024] -種移動機器人組合式導航裝置，包括采用上述的移動機器人組合式導航方法， 包括位于機器人移動路徑的控制點的上方的位姿控制板以及位于機器人上的位姿調(diào)整單 元、控制點提取模塊、機器人底盤、慣性導航單元、運動控制單元、傳感器單元、人機交互單 元、紅外光源與紅外照相機;其中
[0025] 位姿調(diào)整單元，用于獲取所述紅外照相機拍攝的包含有所述位姿控制板的圖像， 采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出所拍攝圖像中的位姿控制板，根據(jù)所拍攝圖像中的位姿控 制板及已知的該位姿控制板的坐標確定機器人的當前位置及當前偏移角度，實現(xiàn)對機器人 絕對位置的定位和調(diào)整；
[0026] 控制點提取模塊，用于在機器人的移動路徑上提取控制點；
[0027] 機器人底盤，機器人的運動平臺，用于裝載機器人工作所需的各類元器件；
[0028] 慣性導航單元，包括陀螺儀和加速度計，用于以機器人當前位置和所述當前的偏 移角度為基準，對機器人采用慣性導航方式進行導航；
[0029] 運動控制單元，包括光電編碼器、電機和驅(qū)動器，用于調(diào)整機器人的運動姿態(tài)及控 制機器人的運動狀態(tài)；
[0030] 傳感器單元，包括紅外傳感器、聲納傳感器、射頻傳感器、GPS傳感器以及激光傳感 器，用于感知周圍環(huán)境，定時檢測機器人自身的安全狀態(tài)，執(zhí)行相應的報警處理；
[0031] 人機交互單元，用于對機器人進行管理，配置機器人的軟硬件，保持和機器人進行 通訊，顯示機器人發(fā)來的各種信息；
[0032] 紅外光源與紅外照相機，通過紅外發(fā)光二極管將紅外線輻射到位姿控制板，通過 紅外照相機拍攝位姿控制板反射的圖像。
[0033] 本發(fā)明得到的移動機器人組合式導航方法及裝置，其利用紅外照相機拍攝具有位 姿控制板的圖像、采用圖像處理技術(shù)對機器人實現(xiàn)絕對位置的定位，然后采用慣性導航方 式對機器人進行導航，從而實現(xiàn)了視覺定位與慣性導航相結(jié)合的定位導航，既改善了單純 的慣性導航方式誤差大、在關(guān)鍵位置定位精度低的缺陷，又克服了傳統(tǒng)激光導航方式成本 高、運動速度慢的缺點，具有成本低、導航精度高、運動速度快等優(yōu)點；而且，位姿控制板懸 掛于機器人上方，不受地面空間限制，無需對地面進行過多的改造，不會破壞地面，施工布 設和使用均簡單、方便，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0034] 圖1是實施例1的移動機器人組合式導航方法中在移動路徑上提取控制點的流程 圖；
[0035] 圖2是實施例1的移動機器人組合式導航方法中在移動路徑上提取中間控制點的 示意圖；
[0036] 圖3是實施例1的移動機器人組合式導航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖4是實施例2的移動機器人組合式導航方法中HLS計色體系中的色度圖。
[0038] 圖中：位姿控制板1、位姿調(diào)整單元2、控制點提取模塊3、機器人底盤4、慣性導航單 元5、運動控制單元6、傳感器單元7、人機交互單元8、紅外光源9、紅外照相機10。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0040] 實施例1:
[0041] 本實施例提供的一種移動機器人組合式導航方法，包括以下步驟：
[0042] S1、利用控制點提取模塊3在設定的機器人移動路徑上提取控制點；
[0043] S2、在設定的機器人移動路徑的每一個控制點的位置上方，設置位姿控制板1，所 述位姿控制板1包括由多個圓形彩色標記形成的組合；
[0044] S3、在每一個控制點位置上，利用機器人上設置的紅外照相機10拍攝包含有位于 機器人上方的位姿控制板1的圖像；
[0045] S4、利用位姿調(diào)整單元2來獲取所拍攝到的圖像，并采用圖像顏色識別技術(shù)，識別 出圖像中的位姿控制板1，根據(jù)所拍攝圖像中的位姿控制板1及已知的該位姿控制板1的坐 標確定機器人的當前位置及當前偏移角度，實現(xiàn)對機器人絕對位置的定位；
[0046]其中對于位姿控制板1上圓形彩色標記的識別方法首先采用0TSU方法計算出一個 全局閾值，將圖像二值化;采用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的脈沖噪聲濾波器去除圖像中的噪聲；用 Canny邊緣檢測算法進行邊緣分割，檢測出圓形彩色標記的邊緣;接著在每一個彩色圓形標 記的邊界內(nèi)，獲取像素的RGB值，并據(jù)此計算出每一個彩色圓形標記的顏色；
[0047] S5、以所述當前位置及所述當前偏移角度為基準，采用慣性導航方式對機器人進 行導航。
[0048] 如圖1所示，所述步驟S1中的機器人移動路徑是由不同長度的直線和不同半徑或 弧長的圓弧按照一定的順序組成，控制點提取模塊3首先將移動路徑從起點到終點按照直 線、圓弧進行分段，其中不同半徑或弧長的圓弧為不同的分段，在每段直線和圓弧的起點和 終點選為控制點；計算所分割的每一個直線和圓弧的長度均與預設的數(shù)值相比較，如果比 較的數(shù)值是N. Μ倍，如果N. Μ大于1，則將此直線或圓弧用N個點分割為N+1等分，將N個分割點 選取為控制點;通過控制點提取模塊3所獲得的所有控制點按照移動路徑從起點到終點的 順序排列，并獲取其坐標值。如圖2所示，圖中A、Β、C三點均為控制點，其中ΑΒ圓弧的長度與 預設的數(shù)值相比為2倍，故添加AB圓弧的中間點D也為控制點。其中AB圓弧之間的弧長按照 弧長公式可得。
[0049] 所述步驟S2中的位姿控制板1上的圓形彩色標記排列在一橫和一縱兩個方向，橫 向排列的圓形標記的顏色不完全相同，縱向排列的圓形標記的顏色完全相同，其中橫向和 縱向的圓形彩色標記數(shù)目均為大于1的奇數(shù)，且圓形彩色標記的彩色標記是不同顏色的反 射涂層，以便在一定的波帶內(nèi)反射紅外線。
[0050] 將上述位姿控制板1的橫向圓形彩色標記的圓心連線形成X軸，縱向排列的圓形標 記的圓心連線形成Y軸，則X軸與Y軸的交點就是位姿控制板1的基準點，并對應于機器人移 動路徑上的控制點；
[0051]所述位姿控制板1具有完全相同或完全不同的尺寸，且其數(shù)目與提取的機器人移 動路徑控制點的數(shù)目相同，并以距離地面指定高度設在機器人移動路徑上的控制點的上 方。
[0052]所述步驟S3中的紅外照相機10安裝在機器人上并能夠拍攝到包含有位于機器人 上方的位姿控制板1的圖像；
[0053] 在機器人執(zhí)行任務之前，將機器人移動到每個位姿控制板1下，利用紅外照相機10 拍攝每個位置的位姿控制板1的圖像;在機器人執(zhí)行任務時，采用慣性導航方式對機器人進 行導航，當機器人運動到位姿控制板1拍攝區(qū)域時，利用紅外照相機10拍攝包含有位于機器 人上方的位姿控制板1的圖像。
[0054] 所述步驟S4中的位姿調(diào)整單元2采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出所拍攝圖像中的 位姿控制板1所包含的顏色，并根據(jù)所設定的顏色編碼，將X軸所包含的顏色組合轉(zhuǎn)換為位 姿控制板1的編碼;根據(jù)已知的位姿控制板1的編碼與機器人移動路徑中控制點的對應關(guān) 系，確定所拍攝圖像中的位姿控制板1的坐標；
[0055] 接著采用圖像標定技術(shù)，計算機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板1在X方向 和y方向的水平偏移及機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板1的角度偏移；
[0056] 然后根據(jù)所述水平偏移、角度偏移和所拍攝圖像中位姿控制板1的坐標確定機器 人的當前位置，根據(jù)所述機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板1的偏移角度及已知圖 像中的位姿控制板1與機器人路徑分析中的角度關(guān)系來確定機器人的當前偏移角度。
[0057] 所述顏色編碼是指將不同的顏色與各個數(shù)字進行一一對應，從而根據(jù)不同顏色的 編碼定義，不同顏色圓形標記的組合，獲得不同的數(shù)值，該數(shù)值即是位姿控制板1的編碼。在 本專利申請中，顏色編碼定義:根據(jù)國家標準規(guī)定，一般有10種顏色：黑、白、紅、綠、藍、黃、 灰、棕、紫、粉，分別與0到9共10個數(shù)字一一對應。
[0058] 如圖3所示，一種移動機器人組合式導航裝置，包括采用上述的移動機器人組合式 導航方法，包括位于機器人移動路徑的控制點的上方的位姿控制板1以及位于機器人上的 位姿調(diào)整單元2、控制點提取模塊3、機器人底盤4、慣性導航單元5、運動控制單元6、傳感器 單元7、人機交互單元8、紅外光源9與紅外照相機10;其中
[0059] 位姿調(diào)整單元2,用于獲取所述紅外照相機10拍攝的包含有所述位姿控制板1的圖 像，采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出所拍攝圖像中的位姿控制板1，根據(jù)所拍攝圖像中的位 姿控制板1及已知的該位姿控制板1的坐標確定機器人的當前位置及當前偏移角度，實現(xiàn)對 機器人絕對位置的定位和調(diào)整；
[0060] 控制點提取模塊3,用于在機器人的移動路徑上提取控制點；
[0061] 機器人底盤4,機器人的運動平臺，用于裝載機器人工作所需的各類元器件；
[0062] 慣性導航單元5,包括陀螺儀和加速度計，用于以機器人當前位置和所述當前的偏 移角度為基準，對機器人采用慣性導航方式進行導航；
[0063] 運動控制單元6,包括光電編碼器、電機和驅(qū)動器，用于調(diào)整機器人的運動姿態(tài)及 控制機器人的運動狀態(tài)；
[0064] 傳感器單元7,包括紅外傳感器、聲納傳感器、射頻傳感器、GPS傳感器以及激光傳 感器，用于感知周圍環(huán)境，定時檢測機器人自身的安全狀態(tài)，執(zhí)行相應的報警處理；
[0065]人機交互單元8,用于對機器人進行管理，配置機器人的軟硬件，保持和機器人進 行通訊，顯示機器人發(fā)來的各種信息；
[0066]紅外光源9與紅外照相機10,通過紅外發(fā)光二極管將紅外線輻射到位姿控制板1， 通過紅外照相機10拍攝位姿控制板1反射的圖像。
[0067] 實施例2:
[0068]本實施例提供的一種移動機器人組合式導航方法，其大體導航方法與實施例1相 同，但在具體使用過程中，為了提高對于顏色的認知，所述步驟S4中在獲取到位姿控制板上 彩色圓形標記的邊界內(nèi)顏色像素的RGB值后，將像素的RGB值轉(zhuǎn)換為HLS計色體系來計算出 每一個彩色圓形標記的顏色。所述HLS計色體系的詳細介紹如下：
[0069] 若已知三基色值RGB，求HLS值的公式如下：
[0070] 亮度L=(R+G+B)/3
[0071] 色飽和度（％)
[0072] 色調(diào)（弧度或度）

L〇〇74」其中，亮度表示顏色的明暗程度;色飽和度和色調(diào)合稱為色度，分別表示顏色的深 淺和種類。如圖4所示，為了直觀地表示色度，用極坐標形式表示色度，稱為色度圖。徑向坐 標為色飽和度S，環(huán)向坐標為色調(diào)H。圓心處的色飽和度S = 0，表示無顏色，即黑白色。此時， 究竟是黑色還是白色，要看亮度L的大小。
[0075] 另外由于圖像中的目標，往往是由許多像素排列形成的連通區(qū)。這些像素的三基 色值不一定嚴格相等，而是集中分布在色度圖的某一區(qū)域，從整體上表現(xiàn)出某種顏色。因 此，對于區(qū)域內(nèi)的顏色識別，若只是取該連通區(qū)中的某像素點作為整體顏色不一定準確，故 應該采用統(tǒng)計的方法，以出現(xiàn)概率最大的三基色值作為整體顏色。算法如下：
[0076] I建立三個數(shù)組：
[0077] int Cr[256]，Cg[256]，Cb[256];
[0078] 將三個數(shù)組的各個元素的初始值置為0;
[0079] Π對待識別區(qū)域的所有像素點(R，G，B)，作如下操作：
[0080] Cr[R]++；Cg[G]++,Cb[B]++；
[0081] m分別求出各數(shù)組中值最大的元素的下標：
[0082] Rm= Index (max {Cr[ ]}) ；Gm= Index (max {Cg[ ]}) ；Bm= Index (max {Cb[ ]})；
[0083] IV按單個像素的顏色識別方法，求(Rm，Gm，Bm)表示的顏色。
【主權(quán)項】
1. 一種移動機器人組合式導航方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 利用控制點提取模塊(3)在設定的機器人移動路徑上提取控制點； 52、 在設定的機器人移動路徑的每一個控制點的位置上方，設置位姿控制板（1)，所述 位姿控制板(1)包括由多個圓形彩色標記形成的組合； 53、 在每一個控制點位置上，利用機器人上設置的紅外照相機（10)拍攝包含有位于機 器人上方的位姿控制板(1)的圖像； 54、 利用位姿調(diào)整單元(2)來獲取所拍攝到的圖像，并采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出 圖像中的位姿控制板（1)，根據(jù)所拍攝圖像中的位姿控制板（1)及已知的該位姿控制板（1) 的坐標確定機器人的當前位置及當前偏移角度，實現(xiàn)對機器人絕對位置的定位； 其中對于位姿控制板（1)上圓形彩色標記的識別方法首先采用OTSU方法計算出一個全 局閾值，將圖像二值化;采用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的脈沖噪聲濾波器去除圖像中的噪聲；用 Canny邊緣檢測算法進行邊緣分割，檢測出圓形彩色標記的邊緣;接著在每一個彩色圓形標 記的邊界內(nèi)，獲取像素的RGB值，并據(jù)此計算出每一個彩色圓形標記的顏色； 55、 以所述當前位置及所述當前偏移角度為基準，采用慣性導航方式對機器人進行導 航。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:所述步驟S1中的機 器人移動路徑是由不同長度的直線和不同半徑或弧長的圓弧按照一定的順序組成，控制點 提取模塊(3)首先將移動路徑從起點到終點按照直線、圓弧進行分段，其中不同半徑或弧長 的圓弧為不同的分段，在每段直線和圓弧的起點和終點選為控制點；計算所分割的每一個 直線和圓弧的長度均與預設的數(shù)值相比較，如果比較的數(shù)值是N.Μ倍，如果N.Μ大于1，則將 此直線或圓弧用Ν個點分割為Ν+1等分，將Ν個分割點選取為控制點；通過控制點提取模塊 (3)所獲得的所有控制點按照移動路徑從起點到終點的順序排列，并獲取其坐標值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:所述步驟S2中的位 姿控制板（1)上的圓形彩色標記排列在一橫和一縱兩個方向，橫向排列的圓形標記的顏色 不完全相同，縱向排列的圓形標記的顏色完全相同，其中橫向和縱向的圓形彩色標記數(shù)目 均為大于1的奇數(shù)，且圓形彩色標記的彩色標記是不同顏色的反射涂層，以便在一定的波帶 內(nèi)反射紅外線。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:將上述位姿控制板 (1)的橫向圓形彩色標記的圓心連線形成X軸，縱向排列的圓形標記的圓心連線形成Υ軸，則 X軸與Υ軸的交點就是位姿控制板的基準點，并對應于機器人移動路徑上的控制點； 所述位姿控制板（1)具有完全相同或完全不同的尺寸，且其數(shù)目與提取的機器人移動 路徑控制點的數(shù)目相同，并以距離地面指定高度設在機器人移動路徑上的控制點的上方。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:所述步驟S3中的紅 外照相機(10)安裝在機器人上并能夠拍攝到包含有位于機器人上方的位姿控制板(1)的圖 像； 在機器人執(zhí)行任務之前，將機器人移動到每個位姿控制板（1)下，利用紅外照相機（10) 拍攝每個位置的位姿控制板(1)的圖像;在機器人執(zhí)行任務時，采用慣性導航方式對機器人 進行導航，當機器人運動到位姿控制板（1)拍攝區(qū)域時，利用紅外照相機(10)拍攝包含有位 于機器人上方的位姿控制板(1)的圖像。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:所述步驟S4中的位 姿調(diào)整單元(2)采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出所拍攝圖像中的位姿控制板（1)所包含的顏 色，并根據(jù)所設定的顏色編碼，將X軸所包含的顏色組合轉(zhuǎn)換為位姿控制板(1)的編碼;根據(jù) 已知的位姿控制板（1)的編碼與機器人移動路徑中控制點的對應關(guān)系，確定所拍攝圖像中 的位姿控制板(1)的坐標； 接著采用圖像標定技術(shù)，計算機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板(1)在X方向和 y方向的水平偏移及機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板的角度偏移； 然后根據(jù)所述水平偏移、角度偏移和所拍攝圖像中位姿控制板（1)的坐標確定機器人 的當前位置，根據(jù)所述機器人相對于所拍攝圖像中的位姿控制板（1)的偏移角度及已知圖 像中的位姿控制板(1)與機器人路徑分析中的角度關(guān)系來確定機器人的當前偏移角度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:所述顏色編碼是指 將不同的顏色與各個數(shù)字進行一一對應，從而根據(jù)不同顏色的編碼定義，不同顏色圓形標 記的組合，獲得不同的數(shù)值，該數(shù)值即是位姿控制板的編碼。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動機器人組合式導航方法，其特征在于:所述步驟S4中在獲 取到位姿控制板（1)上彩色圓形標記的邊界內(nèi)顏色像素的RGB值后，將像素的RGB值轉(zhuǎn)換為 HLS計色體系來計算出每一個彩色圓形標記的顏色。9. 一種移動機器人組合式導航裝置，包括采用如權(quán)利要求1-8中任一項所述的移動機 器人組合式導航方法，其特征在于，包括位于機器人移動路徑的控制點的上方的位姿控制 板(1)以及位于機器人上的位姿調(diào)整單元(2)、控制點提取模塊(3)、機器人底盤(4)、慣性導 航單元(5)、運動控制單元(6)、傳感器單元(7)、人機交互單元(8)、紅外光源(9)與紅外照相 機(10);其中 位姿調(diào)整單元(2)，用于獲取所述紅外照相機（10)拍攝的包含有所述位姿控制板（1)的 圖像，采用圖像顏色識別技術(shù)，識別出所拍攝圖像中的位姿控制板（1)，根據(jù)所拍攝圖像中 的位姿控制板（1)及已知的該位姿控制板（1)的坐標確定機器人的當前位置及當前偏移角 度，實現(xiàn)對機器人絕對位置的定位和調(diào)整； 控制點提取模塊(3)，用于在機器人的移動路徑上提取控制點； 機器人底盤(4)，機器人的運動平臺，用于裝載機器人工作所需的各類元器件； 慣性導航單元(5)，包括陀螺儀和加速度計，用于以機器人當前位置和所述當前的偏移 角度為基準，對機器人采用慣性導航方式進行導航； 運動控制單元(6)，包括光電編碼器、電機和驅(qū)動器，用于調(diào)整機器人的運動姿態(tài)及控 制機器人的運動狀態(tài)； 傳感器單元(7 )，包括紅外傳感器、聲納傳感器、射頻傳感器、GPS傳感器以及激光傳感 器，用于感知周圍環(huán)境，定時檢測機器人自身的安全狀態(tài)，執(zhí)行相應的報警處理； 人機交互單元(8)，用于對機器人進行管理，配置機器人的軟硬件，保持和機器人進行 通訊，顯示機器人發(fā)來的各種信息； 紅外光源（9)與紅外照相機（10)，通過紅外發(fā)光二極管將紅外線輻射到位姿控制板 (1)，通過紅外照相機(10)拍攝位姿控制板(1)反射的圖像。
【文檔編號】G01C21/16GK106017458SQ201610331603
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】王志堅, 王彥, 劉曉玲
【申請人】寧波華獅智能科技有限公司