一种基于单视觉的机器人室内定位和导航方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单视觉的机器人室内定位和导航方法，具体包括如下步骤：步骤S1：初次使用时，需要创建房间的室内地图，具体步骤如下：A)：在室内屋顶设置有三个可识别的标记点，机器人以室内的充电点为原点创建室内坐标系，标定三个标记点的坐标和方向信息，并标定电子罗盘方向；B)：建立摄像头直角坐标系；C)：控制机器人在室内移动，通过声纳传感器检测房间边缘，生成房间的室内地图；步骤S2：对于室内定位：当机器人在房间内的任一点时，通过单目摄像头测量三个标记点并结合摄像头直角坐标系和室内坐标系，计算出机器人所在的位置和方向数据；对于自主导航：设机器人目标点为M2，机器人通过室内定位和目标点定位进行自主导航。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
机器人定位、导航与路径规划功能在机器人领域非常重要，目前大部分导航技术 都要通过专业的辅助设备来进行，这些设备有的价格昂贵，有的对环境要求非常高，这在很 大程度上提高了该领域的门槛，使机器人的成本居高不下，且降低了环境的适应性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供，机器 人可以在室内完成路径规划、定位导航等功能，成本低，方便控制，对环境的适应性更好。 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现： -种基于单视觉的机器人室内定位和导航方法，其特征在于，具体包括如下步 骤： 步骤Sl :初次使用时，需要创建房间的室内地图，具体步骤如下： A):机器人设置有单目摄像头、电子罗盘和声纳传感器，且在室内屋顶设置有三个 可识别的标记点，机器人以室内的充电点为原点创建室内坐标系，标定三个标记点的坐标， 记录三个标记点方向信息，并标定电子罗盘方向； B):在机器人单目摄像头中，以摄像头中心为原点，建立摄像头直角坐标系，其中， 初始化生成的摄像头直角坐标系中，摄像头直角坐标系的y轴与室内坐标系的Y轴及机器 人正方向F相同； C):控制机器人在室内移动，通过声纳传感器检测房间边缘，生成房间的室内地 图； 步骤 S2: 对于室内定位：当机器人在房间内的任一点时，通过单目摄像头测量三个标记点 并结合摄像头直角坐标系和室内坐标系，计算出机器人所在的位置和方向数据； 对于自主导航：设机器人目标点为M2,机器人通过室内定位和目标点定位进行自 主导航。 优选，自主导航步骤中，设机器人在Ml点，首先计算出Ml点机器人的坐标和方向 角度，再计算Ml到M2的连线，可得出机器人的转动方向角度和移动距离，机器人转向目标 方向后向目标点移动预定距离，到达目标点之后根据目标位置的目标方向进行转动，完成 导航。 优选，在自主导航过程中，机器人通过计算码盘和电子罗盘数据校准自己的行程 路线。 本专利技术的有益效果是：机器人通过单目摄像头视觉，利用室内屋顶三个标记点的 位置信息，计算机器人的坐标和方向，同时通过路程校准和方向校准措施确保定位导航的 准确性，实现了机器人室内的地图创建、路径规划，定位导航，自主充电等功能。【附图说明】 图1是本专利技术机器人移动过程中与室内屋顶三个标记点的空间位置示意图； 图2是本专利技术室内地图创建的流程图； 图3是本专利技术机器人的位置及三个标记点的俯视图； 图4是本专利技术摄像头直角坐标系的不意图； 图5是本专利技术室内尚度h与摄像头焦距f的关系不意图； 图6是本专利技术通过声纳传感器检测房间边缘的示意图； 图7是本专利技术当机器人移动到某位置时的摄像头直角坐标系的示意图； 图8是本专利技术通过A、B的坐标和距离计算机器人的坐标的示意图； 图9是本专利技术自主导航的示意图； 图10是本专利技术机器人轮胎直径1、轴径L和旋转角度q的参数示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细描述，以使本领 域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限 定。 -种基于单视觉的机器人室内定位和导航方法，其中，机器人设置有单目摄像头、 电子罗盘和声纳传感器，在室内屋顶设置有三个可识别的标记点，如图1所示，为了使机器 人定位、导航与路径规划功能更便利的实现和安装，通过单目摄像头和屋顶三个可识别的 标记点（或标签）实现机器人的定位、导航和路径规划等功能。 其中，初次使用时，需要创建房间的室内地图，如图2所示，具体步骤如下： A):机器人以室内的充电点为原点创建室内坐标系，标定三个标记点的坐标，记录 三个标记点方向信息，并标定电子罗盘方向；如图3所示，机器人M的位置及三个标记点A、 B、C，机器人正方向为F，机器人电子罗盘的标定方向为N，测量室内高度为h，摄像头焦距为 f〇 B):在机器人单目摄像头中，以摄像头中心为原点，建立摄像头直角坐标系，其中， 初始化生成的摄像头直角坐标系中，摄像头直角坐标系的y轴与室内坐标系的Y轴及机器 人正方向F相同；初始化生成的坐标系如图4所示，其作为室内地图的基准坐标系，机器人 的位置不同，与三个标记点A、B、C的距离也不同，故可根据三个标记点A、B、C来定位机器 人的位置。 可以通过摄像头内的直角坐标系计算出三个标记点距摄像头中心的距离，比如，C 点距坐标系原点的距离为d。，C点与原点连线与X轴的夹角为Θ。。如图5所示，室内高度 为h，摄像头焦距为f，则有IVd c= h/f，可计算出标记点C距坐标系原点的距离D通过Θ c 计算出C点的坐标为（X。，Yj，其中Xc= D ^cos Θ。，Y。= D CX sin Θ。。同理可计算出A点 坐标为（Xa，Xb)，B点的坐标为（Xb，Y b)。 计算A点，B点连线在室内坐标系中的角度数据，A点与B点的连线以A为正方向， 可计算线BA的矢量角0 ab，线BA的斜率角为Kab，可计算得0ab=yb>y a? (JI+Kab):Kab(即 当 yb> y a时，θab= π+κΛ，当 yb<ya时，θ ab= Kab);若 yb= 丫3时，则 θ ab= Xb> Xa? 0: π。其中，yb、yjp X b、13分别表示B点和A点在室内坐标系中的y轴和x轴坐标。 线BA与房间内坐标系中的矢量角Θ ab保持不变，后面可用于定位时机器人方向的 计算。电子罗盘初始方向为N，标定电子罗盘方向的矢量角为α，有W n= α且在房间坐标 系中保持不变，可用于定位时方向校准，Wn表示电子罗盘在坐标系中的矢量角，即N这条带 方向的线和X轴之间的夹角。 C):控制机器人在室内移动，通过声纳传感器检测房间边缘，生成房间的室内地 图；如图6所示，机器人首先计算自己的位置和方向数据，之后将声纳传感器检测到的边缘 信息绘制到房间的室内地图中。 如图7所示，当机器人移动到某位置时，可计算出当前机器人与C点的距离D。' = h/fXd。'，d。'是C点距当前摄像头直角坐标系原点的距离，同理计算出A点的距离为Da'， B点的距离为Db'。 通过初始化时标定的A，B两个点的坐标:A(Xa，Xb)，B(X b，Yb)和当前A点，B点当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单视觉的机器人室内定位和导航方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1：初次使用时，需要创建房间的室内地图，具体步骤如下：A)：机器人设置有单目摄像头、电子罗盘和声纳传感器，且在室内屋顶设置有三个可识别的标记点，机器人以室内的充电点为原点创建室内坐标系，标定三个标记点的坐标，记录三个标记点方向信息，并标定电子罗盘方向；B)：在机器人单目摄像头中，以摄像头中心为原点，建立摄像头直角坐标系，其中，初始化生成的摄像头直角坐标系中，摄像头直角坐标系的y轴与室内坐标系的Y轴及机器人正方向F相同；C)：控制机器人在室内移动，通过声纳传感器检测房间边缘，生成房间的室内地图；步骤S2：对于室内定位：当机器人在房间内的任一点时，通过单目摄像头测量三个标记点并结合摄像头直角坐标系和室内坐标系，计算出机器人所在的位置和方向数据；对于自主导航：设机器人目标点为M2，机器人通过室内定位和目标点定位进行自主导航。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱悦，郭锐，隋晓鹏，杨桂平，
申请(专利权)人：塔米智能科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11