基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于基准标识的移动机器人定位方法和系统，其中方法包括：在工作场地的地面上铺设多个基准标识，基准标识设有多个由二维码标识形成的主标识，二维码标识为该基准标识的编号，该编号对应于其在工作场地中的一个坐标，并预先保存在中央控制中心的数据库中；主标识的中心还设有用于标识移动机器人的移动方向的方向标识；移动机器人通过捕获主标识获得该基准标识的编号；通过捕获方向标识获得移动机器人的行驶方向与基准标识的角度。本发明专利技术，对所采用的基准标识以及相应的捕获装置进行了改进设计，除了可以获得移动机器人的位置信息之外，还可以获得方向信息和角度信息，大大提高了系统的鲁棒性和工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动机器人
，具体涉及基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统，用于在自动化工厂或者自动化仓库中，有效地控制移动机器人的正确运行。
技术介绍
随着科技的进步，移动机器人在工业领域的应用越来越广泛，出现了越来越多的自动化工厂或者自动化仓库。为了实现在自动化工厂或者自动化仓库中，有效地控制移动机器人的正确运行，需要对移动机器人进行精准的定位，并在此基础上规划路线。例如美国专利US7826919B2和US8220710B2所公开的运送库存物品的系统中，就利用了贴在地上的基准标识进行定位，即仓库的工作区地面上贴有多个基准标识，基准标识包含了该标识所在的位置信息，这些基准标识布设成为网格状，移动机器人在仓库中运行时，通过安装在移动机器人的摄像头读取基准标识，并通过无线网络传递到中央控制系统中，从而获得其当前位置，并据此规划路线。基准标识可以使用QR码(快速响应矩阵码，QuickResponseCode)，即通常所称的二维码的一种。QR码具有强大的容错能力、读取简便等优势，不需要对准，无论以任何角度扫描，数据仍然可以正确被读取。因此，基于二维码地面标识的移动机器人定位方案，部署灵活、成本低，且二维码地面标识读取简便，因此得到了广泛的应用。但是，上述存在以下一些问题：(1)使用QR码或者其他形式的二维码作为基准标识，如果标识破损(在仓库、工厂等环境下经常发生)，将无法读出信息，从而会影响移动机器人的正常运行；(2)QR码或者其他形式的二维码仅仅储存了位置点的坐标值，信息量较小，在实际应用中，系统指示移动机器人的下一个移动位置时，需要与相邻位置进行比较计算才能确定其移动的方向，中央处理器的计算负荷大，响应速度慢，系统的鲁棒性和效率较低。特别是对大型系统而言，影响相当明显。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是基于二维码基准标识的移动机器人定位方案，系统的鲁棒性差，效率较低的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于基准标识的移动机器人定位方法，包括:在移动机器人的工作场地的地面上铺设多个基准标识，每个所述基准标识包括标识体，所述标识体的表层上设有多个由二维码标识形成的主标识，所述二维码标识包含的信息为该基准标识的编号，所有的基准标识的编号对应于其在工作场地中的一个坐标，并预先保存在中央控制中心的数据库中；所述标识体的表层中心还设有用于标识移动机器人的移动方向的方向标识；移动机器人通过捕获基准标识上的所述主标识获得该基准标识的编号，以确定移动机器人的当前位置；移动机器人通过捕获基准标识上的所述方向标识获得移动机器人的行驶方向与基准标识的角度。在上述方法中，多个所述二维码标识按顺序沿一个正方形的边长排列，且排列成的正方形的各个顶点分别位于所述标识体的各个侧边的中点上，所述二维码标识包含的信息中还包括方向信息，移动机器人还通过捕获基准标识上的所述主标识获得移动机器人的移动方向。在上述方法中，所述方向标识由设置在标识体的中心的一块矩形区域形成，包括设置在矩形区域的中心的中心区、设置在矩形区域的左上角的左上区和设置在矩形区域右上角的右上区，所述中心区、左上区和右上区以颜色与所述方向标识的其他区域区分。在上述方法中，移动机器人采用如下方式获得移动机器人的行驶方向与基准标识的角度；各边角顶点分别向方向标识内部移动一段距离；通过方向向量公式分别计算出移动后的各边角顶点的坐标值；获取移动后的边角顶点的灰度值，并通过分别与整个方向标识的灰度的中值进行比较，判断出每一个边角的颜色，据此判断出移动机器人的行驶方向与基准标识的角度；其中，方向向量公式如下：式中：P0:矩形区域的角上的一个点；M:矩形区域的中心点；λ:常数参数；方向向量的标准长度。在上述方法中，使用象限q和方向角度α的关系确定移动机器人的行驶方向与基准标识的角度α标识，α标识＝|α矩形|+90°·q，其中，P0，P1，P2，P3为各边角顶点分别向方向标识内部移动一段距离后的点。在上述方法中，所述标识体的表层的左上角还设有一个铺设标识，所述铺设标识的下方设有用于表示该基准标识的编号。本专利技术还提供了一种基于基准标识的移动机器人定位系统，包括：铺设在移动机器人工作场地地面上的多个基准标识，所述基准标识包括标识体，所述标识体的表层上设有多个二维码标识形成的主标识，所述二维码标识所包含的信息包括该基准标识的编号，所述标识体的表层中心还设有用于标识方向的方向标识；移动机器人，其底盘上设有用于获取所述基准标识的捕获装置，所述捕获装置包括一个用于捕获所述主标识的二维扫描器和一个用于捕获所述方向标识的摄像头；中央控制中心，每一个地面基准标识对应一个唯一的编号，该编号对应移动机器人工作场地的一个坐标，每一个地面基准标识的编号与其对应的移动机器人工作场地的坐标预先保存在中央控制中心的数据库中。在上述系统中，所述移动机器人的底盘上还设有照射方向朝向地面的补光装置。在上述系统中，所述二维扫描器集成有译码器。在上述系统中，多个所述二维码标识按顺序沿一个正方形的边长排列，且排列成的正方形的各个顶点分别位于所述标识体的各个侧边的中点上，所述二维码标识包含的信息中还包括方向信息。本专利技术，对所采用的基准标识以及相应的捕获装置进行了改进设计，除了可以获得移动机器人的位置信息之外，还可以获得方向信息和角度信息，大大提高了系统的鲁棒性和工作效率。附图说明图1为本专利技术中基准标识的示意图；图2为本专利技术中基准标识与机器人行进方向的关系示意图；图3为本专利技术中定位标识的示意图；图4为本专利技术中定位标识的4种角度示意图；图5为本专利技术中定位标识与前进方向不是垂直或平行的示意图；图6为图5所示定位标识角度计算的示意图；图7为本专利技术中移动机器人的捕获装置示意图；图8为本专利技术中移动机器人的捕获装置硬件逻辑示意图；图9为本专利技术中移动机器人定位过程示意图；图10地面标识矩形阵，网格排布或其他在不同的应用场所的排布示例图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统，对所采用的地面基准标识以及相应的捕获装置进行了改进设计，大大提高了移动机器人定位系统及方法的鲁棒性和工作效率。下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做出详细的说明。本专利技术提供的基于地面基准标识的移动机器人定位方法，包括以下步骤:在移动机器人的工作场地的地面上铺设多个基准标识，用于定位移动机器人；移动机器人通过捕获基准标识上的主标识获得该基准标识的编号，以确定移动机器人的当前位置，所有的基准标识在工作场地中所对应的位置均预先保存在中央控制中心的数据库中；移动机器人通过捕获基准标识上的方向标识获得移动机器人的行驶方向相对于基准标识的角度，以实现后续对移动机器移动轨迹的精确控制。例如图1所示的图例中，移动机器人自左向右行驶，则行驶方向相对于基准标识的角度为0度。如图1所示，本专利技术所采用的准标识包括标识体10，标识体10的表层上设有一个正方形的黑色方框25，黑色方框25内设有多种标识的组合，具体包括：由多个二维码标识组成的主标识，设置在标识体的表层中心的方向标识30以及标识该基准标识的正确朝向的铺设标识23。铺设标识23为设置在标识体左上角的实心黑点，实心黑点的下方设有二维码信息24，表示该基准标识的编号。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于基准标识的移动机器人定位方法，其特征在于，包括:在移动机器人的工作场地的地面上铺设多个基准标识，每个所述基准标识包括标识体，所述标识体的表层上设有多个由二维码标识形成的主标识，所述二维码标识包含的信息为该基准标识的编号，所有的基准标识的编号对应于其在工作场地中的一个坐标，并预先保存在中央控制中心的数据库中；所述标识体的表层中心还设有用于标识移动机器人的移动方向的方向标识；移动机器人通过捕获基准标识上的所述主标识获得该基准标识的编号，以确定移动机器人的当前位置；移动机器人通过捕获基准标识上的所述方向标识获得移动机器人的行驶方向与基准标识的角度。

【技术特征摘要】
1.基于基准标识的移动机器人定位方法，其特征在于，包括:在移动机器人的工作场地的地面上铺设多个基准标识，每个所述基准标识包括标识体，所述标识体的表层上设有多个由二维码标识形成的主标识，所述二维码标识包含的信息为该基准标识的编号，所有的基准标识的编号对应于其在工作场地中的一个坐标，并预先保存在中央控制中心的数据库中；所述标识体的表层中心还设有用于标识移动机器人的移动方向的方向标识；移动机器人通过捕获基准标识上的所述主标识获得该基准标识的编号，以确定移动机器人的当前位置；移动机器人通过捕获基准标识上的所述方向标识获得移动机器人的行驶方向与基准标识的角度。2.如权利要求1所述的移动机器人定位方法，其特征在于，多个所述二维码标识按顺序沿一个正方形的边长排列，且排列成的正方形的各个顶点分别位于所述标识体的各个侧边的中点上，所述二维码标识包含的信息中还包括方向信息，移动机器人还通过捕获基准标识上的所述主标识获得移动机器人的移动方向。3.如权利要求1所述的移动机器人定位方法，其特征在于，所述方向标识由设置在标识体的中心的一块矩形区域形成，包括设置在矩形区域的中心的中心区、设置在矩形区域的左上角的左上区和设置在矩形区域右上角的右上区，所述中心区、左上区和右上区以颜色与所述方向标识的其他区域区分。4.如权利要求3所述的移动机器人定位方法，其特征在于，移动机器人采用如下方式获得移动机器人的行驶方向与基准标识的角度；各边角顶点分别向方向标识内部移动一段距离；通过方向向量公式分别计算出移动后的各边角顶点的坐标值；获取移动后的边角顶点的灰度值，并通过分别与整个方向标识的灰度的中值进行比较，判断出每一个边角的颜色，据此判断出移动机器人的行驶方向与基准标识的角度；其中，方向向量公式如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瀚懿，
申请(专利权)人：北京翰宁智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11