一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法及系统技术方案

本发明专利技术属于计算机视觉领域，公开了一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法及系统。方法包括如下步骤：步骤1：采集机器人取景框的屏幕图像，对屏幕图像进行预处理；步骤2：判断预处理后的屏幕图像或当前的屏幕图像中是否包含arUco码；步骤3：判断步骤2获得的arUco码的中心坐标点是否处于屏幕中间区域；步骤4：识别arUco码处充电桩的位置，获得机器人与充电桩的相对位置得到相对距离，完成自动回冲。本发明专利技术借助ArUco进行姿态估计，从而建立3维空间坐标系。然后通过ArUco在屏幕中的位置来不断调整摄像头的位置从而找到充电桩位置，然后通过不断前进，找充电桩来逐步逼近充电桩，到达充电桩。相较于现有的回冲算法成本低廉，实现难度大大降低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法及系统
本专利技术属于计算机视觉领域，具体涉及一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法及系统。
技术介绍
自动回冲技术是机器人自己找到充电桩然后回到充电桩进行充电的一种技术。在当前阶段，机器人充电确实比较麻烦经常需要外界帮助，对于人来说，需要时刻帮机器人充电，增加负担，而对于机器人来说，使用过程中突然没电，不仅影响了使用体验感，还会给人一种非智能的感觉，因此自动回冲技术进入了我们的视野。目前自动回冲技术有4种实现方法：(1)基于红外线的实现方法，该方法应用于目前70％的扫地机器人，其优点很明显定位精度高，技术比较成熟。其缺点也很明显，由于红外线无法穿透物体，所以扫地机器人很可能被灰尘碎屑等细小物体阻挡红外线。(2)基于超声波的实现方法，该方法主要是模仿蝙蝠通过发送声波以及反射回来的声波实现三角定位计算当前所在位置。该方法目前应用较少，成本偏高。(3)基于蓝牙技术的实现方法，基于蓝牙实现的定位系统，其不受视距影响，即使有阻碍物阻挡，也能实现直线距离内的定位。其定位时需要搜索多个蓝牙信号才可以定位，部署起来比较繁琐。(4)基于摄像头的实现方法，是使用摄像头识别充电桩的位置，使用姿势估计来计算摄像头相对充电桩的位置和角度，最后进行路径导航到达其位置。该算法需要引进神经网络算法来对充电桩进行识别，若充电桩位置发生变化，其背景变化，识别率就会下降，稳定性不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法及系统，用以克服现有技术中的回冲方法的缺陷等问题。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法，包括如下步骤：步骤1：采集机器人取景框的屏幕图像，对屏幕图像进行预处理；步骤2：判断预处理后的屏幕图像中是否包含arUco码，若是，则计算机器人的位姿并获得arUco码的中心坐标点，执行步骤3；若不是，则根据第一角度范围调整机器人的角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；步骤3：判断步骤2获得的arUco码的中心坐标点是否处于屏幕中间区域，若是则执行步骤4；若不是，则根据第二角度范围调整机器人角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；所述的屏幕中间区域为屏幕图像中心点左右±5pix的条状纵向区域；步骤4：识别arUco码处充电桩的位置，获得机器人与充电桩的相对位置得到相对距离，若相对距离小于最小距离，则机器人向前移动至充电桩，完成自动回冲；若相对距离大于等于最小距离，则获得机器人与充电桩之间的夹角角度，机器人向靠近充电桩的方向转动夹角角度，向前移动最小位移，然后向远离充电桩的方向转动90°，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像。进一步的，所述第一角度范围为[15,20]°，所述第二角度范围为[4,6]°。进一步的，所述第一角度为15°，最小距离为20cm，最小位移为10cm。进一步的，arUco码设置在充电桩的正上方。一种基于视觉定位的机器人自动回冲系统，包括屏幕图像采集和预处理模块、arUco码识别模块、距离采集模块、角度调整模块和距离调整模块；所述屏幕图像采集和预处理模块用于采集机器人取景框的屏幕图像，并对屏幕图像进行预处理；所述arUco码识别模块用于判断预处理后的屏幕图像中是否包含arUco码，计算机器人的位姿并获得arUco码的中心坐标点；还用于判断获得的arUco码的中心坐标点是否处于屏幕中间区域；所述距离采集模块采用距离传感器用于识别arUco码处充电桩的位置，获得机器人与充电桩的相对位置得到相对距离；所述角度调整模块用于根据第一角度范围、第二角度范围或机器人与充电桩之间的夹角角度来调整机器人的角度，包括：若arUco码识别模块判断预处理后的屏幕图像中不包含arUco码，则根据第一角度范围调整机器人的角度，然后调用屏幕图像采集和预处理模块重新采集机器人取景框的屏幕图像；若arUco码识别模块判断获得的arUco码的中心坐标点不处于屏幕中间区域，则根据第二角度范围调整机器人角度，直至arUco码的中心坐标点处于屏幕中间区域；所述的屏幕中间区域为屏幕图像中心点左右±5pix的条状纵向区域；若arUco码识别模块判断相对距离小于最小距离，则调用距离调整模块使机器人向前移动至充电桩，完成自动回冲；若arUco码识别模块判断相对距离大于等于最小距离范围，则获得机器人与充电桩之间的夹角角度，机器人向靠近充电桩的方向转动夹角角度，调用距离调整模块向前移动最小位移，然后向远离充电桩的方向转动90°，调用屏幕图像采集和预处理模块获得机器人取景框的屏幕图像；所述距离调整模块用于根据角度调整模块的指令控制机器人移动。进一步的，所述第一角度范围为[15,20]°，所述第二角度范围为[4,6]°。进一步的，所述第一角度为15°，最小距离为20cm，最小位移为10cm。进一步的，arUco码设置在充电桩的正上方。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点：(1)本专利技术借助ArUco进行姿态估计，从而建立3维空间坐标系。然后通过ArUco在屏幕中的位置来不断调整摄像头的位置从而找到充电桩位置，然后通过不断前进，找充电桩来逐步逼近充电桩，到达充电桩。相较于现有的回冲算法成本低廉，实现难度大大降低。(2)使用方式多样性。本方案使用ArUco码进行定位识别，通过改变ArUco码，来实现定位不同的产品，不仅用于充电桩，还可以用于任何需要标记的点，例如猫碗。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为图像收集处理流程图；图3为搜索arUco码流程图；图4为微调自身角度流程图；图5为实施例1中的导航策略图；图6为机器人摄像头取景框的图像截图；图7为机器人摄像头捕捉到标志码截图。具体实施方式arUco码：arUco码是一个周围是黑色边框，内部有确定该标记ID的二维矩阵组合而成的类二维码。其黑色边框加速标记图像中检测速度，内部二维编码能唯一标定识别标识。在本系统中主要利用其黑色边框的快速检测速度(相比于二维码而言)来检测其四角位置，来判断其中心位置，进而判断其相对于摄像头的位置状况。在本实施例中公开了一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法，包括如下步骤：步骤1：采集机器人取景框的屏幕图像，对屏幕图像进行预处理；步骤2：判断预处理后的屏幕图像中是否包含arUco码，若是，则计算机器人的位姿并获得arUco码的中心坐标点，执行步骤3；若不是，则根据第一角度范围调整机器人的角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；步骤3：判断步骤2获得的arUco码的中心坐标点是否处于屏幕中间区域，若是则执行步骤4；若不是，则根据第二角度范围调整机器人角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：采集机器人取景框的屏幕图像，对屏幕图像进行预处理；/n步骤2：判断预处理后的屏幕图像中是否包含arUco码，若是，则计算机器人的位姿并获得arUco码的中心坐标点，执行步骤3；若不是，则根据第一角度范围调整机器人的角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；/n步骤3：判断步骤2获得的arUco码的中心坐标点是否处于屏幕中间区域，若是则执行步骤4；若不是，则根据第二角度范围调整机器人角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；/n所述的屏幕中间区域为屏幕图像中心点左右±5pix的条状纵向区域；/n步骤4：识别arUco码处充电桩的位置，获得机器人与充电桩的相对位置得到相对距离，若相对距离小于最小距离，则机器人向前移动至充电桩，完成自动回冲；/n若相对距离大于等于最小距离，则获得机器人与充电桩之间的夹角角度，机器人向靠近充电桩的方向转动夹角角度，向前移动最小位移，然后向远离充电桩的方向转动90°，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉定位的机器人自动回冲方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集机器人取景框的屏幕图像，对屏幕图像进行预处理；
步骤2：判断预处理后的屏幕图像中是否包含arUco码，若是，则计算机器人的位姿并获得arUco码的中心坐标点，执行步骤3；若不是，则根据第一角度范围调整机器人的角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；
步骤3：判断步骤2获得的arUco码的中心坐标点是否处于屏幕中间区域，若是则执行步骤4；若不是，则根据第二角度范围调整机器人角度，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像；
所述的屏幕中间区域为屏幕图像中心点左右±5pix的条状纵向区域；
步骤4：识别arUco码处充电桩的位置，获得机器人与充电桩的相对位置得到相对距离，若相对距离小于最小距离，则机器人向前移动至充电桩，完成自动回冲；
若相对距离大于等于最小距离，则获得机器人与充电桩之间的夹角角度，机器人向靠近充电桩的方向转动夹角角度，向前移动最小位移，然后向远离充电桩的方向转动90°，然后返回步骤1重新采集机器人取景框的屏幕图像。


2.如权利要求1所述的基于视觉定位的机器人自动回冲方法，其特征在于，所述第一角度范围为[15,20]°，所述第二角度范围为[4,6]°。


3.如权利要求3所述的基于视觉定位的机器人自动回冲方法，其特征在于，所述第一角度为15°，最小距离为20cm，最小位移为10cm。


4.如权利要求1所述的基于视觉定位的机器人自动回冲方法，其特征在于，arUco码设置在充电桩的正上方。


5.一种基于视觉定位的机器人自动回冲系统，其特征在于，包括屏幕图像采集和预处理模块、arUco码识别模块、距离采集模块、角度调整模块和距离调整模块；
所述屏幕图像采集和预处理模块用于采集机器人取景框的屏幕图像，并对屏幕图像进行预处理；
所述a...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋君毅，姜冬辉，伍祁林，
申请(专利权)人：深圳市大象机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44