本發(fā)明涉及路徑規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃是指機(jī)器人根據(jù)傳感器攝像頭獲得的信息對所處環(huán)境進(jìn)行感知并自主規(guī)劃出一條抵達(dá)目標(biāo)位置的路線。傳統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法存在如下問題：

1、多點(diǎn)啟發(fā)式隨機(jī)搜索算法，算法基于自然界中魚群覓食的自然行為，使得算法具有優(yōu)良的尋優(yōu)能力，但是該算法泛用性低，對每個(gè)新環(huán)境都需要重新進(jìn)行訓(xùn)練；

2、依據(jù)模糊推理系統(tǒng)和學(xué)習(xí)自動(dòng)機(jī)的原理，提出了混合學(xué)習(xí)策略，能夠與未知環(huán)境實(shí)時(shí)交互并自適應(yīng)的學(xué)習(xí)規(guī)劃策略，但算法同樣需要較多的專家知識來獲取合適的模糊規(guī)則；

3、機(jī)器人所處環(huán)境狀態(tài)自適應(yīng)的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航算法，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人狀態(tài)與動(dòng)作間的映射關(guān)系，但機(jī)器人的動(dòng)作空間只有五個(gè)離散動(dòng)作，大大降低了系統(tǒng)的自由度。

現(xiàn)如今，機(jī)器人現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、軍事及家庭等各個(gè)領(lǐng)域。上述如此復(fù)雜的機(jī)器人，路徑規(guī)劃方法很難應(yīng)用到復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的相關(guān)產(chǎn)品的所有不足，本發(fā)明提出一種移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī) 劃系統(tǒng)及方法，旨在計(jì)算移動(dòng)機(jī)器人在某一個(gè)三維空間中的位置信息，并規(guī)劃出運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定好的某一項(xiàng)功能，操作者即使沒有非常專業(yè)的機(jī)器人技術(shù)背景也可進(jìn)行操作。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明所提供的一種移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)，包括：移動(dòng)機(jī)器人和三維空間；所述移動(dòng)機(jī)器人包括邏輯處理模塊和攝像頭，所述邏輯處理模塊和攝像頭連接，所述三維空間包括含有位置信息的二維碼，所述移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)到所述三維空間內(nèi)的二維碼上，所述攝像頭用于對二維碼進(jìn)行拍攝，并將拍攝圖像傳輸至邏輯處理模塊，所述邏輯處理模塊根據(jù)所述拍攝圖像計(jì)算移動(dòng)機(jī)器人在三維空間內(nèi)的位置信息，并根據(jù)所述位置信息規(guī)劃移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述邏輯處理模塊包括讀碼系統(tǒng)和視覺軌跡規(guī)劃模塊，所述讀碼系統(tǒng)用于讀取拍攝圖像中的二維碼信息并計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的位置信息，所述視覺軌跡規(guī)劃模塊用于根據(jù)讀碼系統(tǒng)計(jì)算的位置信息規(guī)劃移動(dòng)機(jī)器人在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二維碼包括所述三維空間內(nèi)擺放物品和二維碼自身四個(gè)頂點(diǎn)的具體位置信息。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述二維碼分布于三維空間的內(nèi)表面上具體為：所述二維碼分布于三維空間的地面上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述移動(dòng)機(jī)器人包括有驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行裝置，執(zhí)行裝置位于驅(qū)動(dòng)裝置上方，所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)，所述執(zhí)行裝置末端安裝有夾爪，用來實(shí)現(xiàn)對物品的取放。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述攝像頭安裝于所述執(zhí)行裝置末端。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述邏輯處理模塊通過接收和讀取二維碼的圖像信息來計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的位置信息。

一種移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

步驟s1：將移動(dòng)機(jī)器人放置于三維空間內(nèi)；

步驟s2：選擇移動(dòng)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)的功能并控制其移動(dòng)到三維空間內(nèi)的二維碼上；

步驟s3：移動(dòng)機(jī)器人的攝像頭對二維碼進(jìn)行拍攝，并將拍攝圖像傳輸至邏輯處理模塊；

步驟s4：邏輯處理模塊的讀碼系統(tǒng)對三維空間內(nèi)的二維碼進(jìn)行讀碼，獲取所述二維碼的位置信息和待抓取物體的位置信息；

步驟s5：視覺軌跡規(guī)劃模塊根據(jù)所述位置信息進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃；

步驟s6：移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)規(guī)劃好的軌跡，將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到需要抓取的物體旁邊；

步驟s7：移動(dòng)機(jī)器人通過夾爪抓取一個(gè)待抓取物體；

步驟s8：移動(dòng)機(jī)器人將物體搬運(yùn)到指定的區(qū)域；

步驟s9：根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù)步驟s3-步驟s8，繼續(xù)抓取下一個(gè)待抓取物體，直至所有待抓取物體都抓取完。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)：

通過二維碼識別技術(shù)和攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)來計(jì)算移動(dòng)機(jī)器人在已知三維空間中的位置信息，為移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃或者更深層次的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，操作簡單，即使沒有經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，操作者也能正常使用。

附圖說明

圖1為為本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人的原理結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明二維碼的示意圖；

圖5為本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃系統(tǒng)工作流程圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

參閱圖1和圖2所示，所述移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)包括移動(dòng)機(jī)器人和三維空間；所述移動(dòng)機(jī)器人包括有一個(gè)邏輯處理模塊，所述邏輯處理模塊規(guī)劃軌跡并控制移動(dòng)機(jī)器人在三維空間內(nèi)按規(guī)劃的軌跡移動(dòng)；所述邏輯處理模塊包括一個(gè)讀碼系統(tǒng)和視覺軌跡規(guī)劃模塊，所述讀碼系統(tǒng)可以讀取二維碼的信息并依此計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的位置信息，所述視覺軌跡規(guī)劃模塊是軟件，根據(jù)讀碼系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果來規(guī)劃移動(dòng)機(jī)器人在三維空間上的移動(dòng)軌跡，并控制移動(dòng)機(jī)器人按照規(guī)劃的軌跡運(yùn)動(dòng)。

所述三維空間可以是倉庫或其他的立體空間。

所述三維空間包括至少一個(gè)二維碼，所述二維碼分布于三維空間的任意平面上，所述二維碼在三維空間平面上的分布密度，可以按照實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述二維碼分布于三維空間的地面上。

所述二維碼包括但不限于物品和二維碼自身四個(gè)頂點(diǎn)的具體位置信息。

參閱圖3所示，所述移動(dòng)機(jī)器人包括有驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行裝置，執(zhí)行裝置位于驅(qū)動(dòng)裝置上方，所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)，所述執(zhí)行裝置末端安裝有夾爪，用來實(shí)現(xiàn)對物品的取放。

所述移動(dòng)機(jī)器人的執(zhí)行裝置末端安裝有攝像頭，所述攝像頭與邏輯處理模塊連接，用來拍攝三維空間地面上的二維碼，并將二維碼的圖像信息傳輸給邏輯處理模塊。

所述邏輯處理模塊通過接收和讀取二維碼的圖像信息來計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的位置信息。

參閱圖4所示，所述邏輯處理模塊根據(jù)二維碼得到的位置信息來計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的位置信息的具體的推算過程為：讀碼系統(tǒng)相機(jī)坐標(biāo)系到空間坐標(biāo)系的仿射變換(其中空間坐標(biāo)系是在三維空間中建立的已知坐標(biāo)系)。

讀碼系統(tǒng)相機(jī)坐標(biāo)系到空間坐標(biāo)系的仿射變換可以由一個(gè)4×4的矩陣hommat3d表示：

假設(shè)(xc,yc,zc)為相機(jī)坐標(biāo)系中的某參考點(diǎn)，則有

其中，(qx,qy,qz)為對應(yīng)的空間坐標(biāo)系中的點(diǎn)。若已知空間坐標(biāo)系中四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(xc1,yc1,zc1),(xc2,yc2,zc2),(xc3,yc3,zc3)，(xc4,yc4,zc4)及其在讀碼系統(tǒng)相機(jī)坐標(biāo)系中相應(yīng)的四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(qx1,qy1,qz1),(qx2,qy2,qz2),(qx3,qy3,qz3),(qx4,qy4,qz4),就可以根據(jù)以上關(guān)系建立三個(gè)四元一次方程組：

從而求得仿射變換矩陣hommat3d。對于位于三維空間內(nèi)任意位置的移動(dòng)機(jī)器人，只要確定移動(dòng)機(jī)器人在當(dāng)前位置處的相機(jī)坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系之間的仿射變換關(guān)系，即可得出移動(dòng)機(jī)器人在三維空間中的位置。

參閱圖5所示，一種移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

s1：將移動(dòng)機(jī)器人放置于三維空間內(nèi)；

s2：選擇移動(dòng)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)的功能并控制其移動(dòng)到三維空間內(nèi)的二維碼上；

s3：移動(dòng)機(jī)器人的攝像頭對二維碼進(jìn)行拍攝，并將拍攝圖像傳輸至邏輯處理模塊；

s4：邏輯處理模塊的讀碼系統(tǒng)對三維空間內(nèi)的二維碼進(jìn)行讀碼，獲取所述二維碼的位置信息和待抓取物體的位置信息；

s5：視覺軌跡規(guī)劃模塊根據(jù)所述位置信息進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃；

s6：移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)規(guī)劃好的軌跡，將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到需要待抓 取物體旁邊；

s7：移動(dòng)機(jī)器人通過夾爪抓取一個(gè)待抓取物體；

s8：移動(dòng)機(jī)器人將物體搬運(yùn)到指定的區(qū)域；

s9：根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù)步驟s3-步驟s8，繼續(xù)抓取下一個(gè)待抓取物體，直至所有待抓取物體都抓取完。

所述移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)及方法并不僅限于對物品的搬運(yùn)，根據(jù)三維空間上二維碼包含的信息，移動(dòng)機(jī)器人可以進(jìn)行其他的工作。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。