CN102833671A - 一种机器人视觉定位的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人视觉定位的方法及***，该方法包括接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号，根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。本发明通过以上技术方案，解决现有技术中机器人视觉定位容易出错的技术问题。

Description

一种机器人视觉定位的方法及***

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人视觉定位的方法及***。

背景技术

位置信息在人们的日常生活中扮演着重要的作用，近些年来室内无线网络技术飞速发展，其已经成为计算机网络领域不可缺少的组成部分，特别是室内无线网络在近场通信方面扮演着极其重要的角色。现在的室内近场通信***主要采用红外、超声波、蓝牙、WiFi(Wireless Fidelity)、RFID(Raido FrequencyIdentification)等短距离无线技术，其中基于WiFi网络的无线定位技术由于部署广泛而且成本较低，因此倍受关注。

随着机器人技术的发展，机器视觉成为了机器人信息获取的一个最为重要的环节，目前，机器人视觉定位普遍的采用的是利用设置在机器人上的摄像头采集图像的方式，这种方式的视觉定位容易受到环境等诸多因素的影响，造成视觉定位出错，比如在光照变化比较大的位置或者是表征相似度比较大的位置，这些位置都属于机器视觉判定容易出错位置，通常称之为模糊位置点。

发明内容

本发明提供一种机器人视觉定位的方法及***，解决现有技术中机器人视觉定位容易出错的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种机器人视觉定位的方法，包括：

接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号；

根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。

根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息的方法包括：根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息，根据机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息。

根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息的方法包括：根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS和预设的信号传输损耗模型P_r(d)＝K-10εlg(d)(dBm)，计算机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息，其中K为常数，d为机器人和无线网络接入点之间的距离信息，ε为自由空间损耗系数。

根据机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息的方法包括：根据已知位置信息的无线网络接入点的二维坐标信息和相应位置的无线网络接入点到机器人的距离信息，计算得到机器人所在位置的二维坐标信息。

还包括根据所述机器人所在的位置信息在预设的数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息，并根据所述引导信息引导机器人的行为。

根据所述机器人所在的位置信息在预设的数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息的方法包括：

在数据库中预设一个或多个模板位置信息，以及与各个模板位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息；

在所述数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息；

根据与机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息以及与所述模板位置信息相对应的引导信息，引导机器人的行为。

在所述数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息的方法包括：在所述数据库中查找与所述机器人所在的位置信息完全相匹配的模板位置信息，如果所述数据库中不存在与所述机器人所在的位置信息完全相匹配的模板位置信息，则从所述数据库中选择与所述机器人所在的位置信息距离最近的模板位置信息作为与所述机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息。

一种机器人视觉定位***，包括传感模块和视觉定位模块，其中，

所述传感模块用于接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号，并获取接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS；

所述视觉定位模块用于根据所述传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。

所述视觉定位模块包括距离确定模块和位置确定模块，其中，

所述距离确定模块用于根据所述传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息；

所述位置确定模块用于根据所述距离确定模块得到的机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息。

还包括行为引导模块，所述行为引导模块用于根据所述机器人所在的位置信息在预设的数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息，并根据所述引导信息引导机器人的行为。

所述传感模块设置在机器人上，所述视觉定位模块设置在定位服务器上。

本发明提供一种机器人视觉定位的方法及***，根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息，可以避免光照变化、表征相似度等诸多环境因素的影响，从而降低了机器人视觉定位的出错率。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种机器人视觉定位的方法的流程图；

图2为本发明实施例一的三点定位法的示意图；

图3a为本发明实施例一的另一三点定位法的示意图；

图3b为本发明实施例一的另一三点定位法的示意图；

图4为本发明实施例二的一种机器人视觉定位的方法的流程图；

图5为本发明实施例三的一种应用框架图；

图6为本发明实施例四的一种应用框架图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

一种机器人视觉定位的方法，包括：

接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号；

根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。

图1为本发明实施例一的一种机器人视觉定位的方法的流程图，请参考图1：

本实施例提供的是基于WiFi网络的室内机器人视觉定位的方法。

S11、在预设范围内的不同位置上设置多个无线网络接入点AP；

S12、基于WiFi网络，机器人接收来自三个不同位置上的已经位置信息的AP的RSS。

S13、机器人按照无线信号的传输损耗模型将S12中的RSS转换为机器人到相应位置上的AP的距离信息。无线信号在传输过程中通常会受路径损耗、阴影衰落等的影响，接收信号功率随距离的变化关系可由信号传输损耗模型给出。一般情况下，信号传输损耗模型(RSS模型)可以简化如下：

P_r(d)＝K-10εlg(d)(dBm)                              (3-1)

K是如下常数：

$K=10\lg \left[\frac{P_r\left(d_0\right)}{0.001W}\right]+20\lg \left(d_0\right)---(3-2)$

其中，d、d0为接收机和发射机之间的距离，本实施例中，发射机为无线访问接入点，接收机为机器人，ε代表自由空间损耗系数。

这样通过测定机器人的接收信号功率就可以得到各已知位置信息的AP和机器人之间的距离。

S14、根据机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息。

本实施例采用三点定位法，建立三个二元方程如下：

${\left({X-X}_1\right)}^2+{(Y-Y_1)}^2=d_1^2---(3-3)$

${(X-X_2)}^2+{(Y-Y_2)}^2=d_2^2---(3-4)$

${(X-X_3)}^2+{(Y-Y_3)}^2=d_3^2---(3-5)$

其中，(X，Y)为机器人所在位置的二维坐标，(X1，Y1)，(X2，Y2)，(X3，Y3)分别为三个不同位置上的AP的二维坐标，d1、d2、d3分别为该三个不同位置上的AP到机器人的距离信息。由于三个不同位置上的AP的位置信息为已知数，即(X1，Y1)，(X2，Y2)，(X3，Y3)为已知数，该三个不同位置上的AP到机器人的距离信息d1、d2、d3通过S13已确定，因此，通过解方程(3-3)、(3-4)、(3-5)中的任意2个都可以求出机器人所在位置的二维坐标信息(X，Y)。

图2为本发明实施例一的三点定位法的示意图，请参考图2，假设三个AP(A、B、C)在三个信号圆的圆心，若三个AP同时检测到一个目标，则这个目标必然处于三个圆的交点处，即解方程(3-3)、(3-4)、(3-5)中的任意2个所求出的机器人所在位置的二维坐标信息(X，Y)都是相同的。

然而由于误差等一系列因素的影响，一般很少会出现图2中的精确情况，实际往往得到的是图3a和图3b中的情况，图3a为本发明实施例一的另一三点定位法的示意图，图3b为本发明实施例一的另一三点定位法的示意图，这时先通过解方程(3-3)、(3-4)、(3-5)的两两组合，求取三个圆两两的交点(X_ab1，Y_ab1)、(X_ab2，Y_ab2)、(X_bc1，Y_bc1)、(X_bc2，Y_bc2)、(X_ca1，Y_ca1)、(X_ca2，Y_ca2)。通过相互带入求得6个交点中离机器人的距离最近的三个交点，再通过(3-6)求得机器人所在位置的二维坐标信息(X，Y)：

$X=\frac{X_{\mathrm{ab}}+X_{\mathrm{bc}}+X_{\mathrm{ca}}}{3}$ (3-6)

$Y=\frac{Y_{\mathrm{ab}}+Y_{\mathrm{bc}}+Y_{\mathrm{ca}}}{3}$

还可以对多个三点定位结果进行数学处理，如取算数平均数、加权平均数、欧几里德距离法等，能够增加定位检测的准确度。

本实施例的接收信号强度RSS包括但不局限于接收信号功率，本实施例的信号传输损耗模型不局限于式(3-1)这一种实施方式。本实施例的机器人可以具有现有技术中普遍采用的视觉定位功能，如在工作途中利用摄像头采集图像、判定图像，并且进行模糊度分析，当判定模糊度大于一定阈值时，可以采用本实施的机器人视觉定位方法。

实施例二：

本实施例基于WiFi网络的机器人视觉定位方法还包括对机器人行为的引导。

图4为本发明实施例二的一种机器人视觉定位的方法的流程图，请参考图4：确定机器人所在的位置信息的流程如同实施例一，本实施例还包括以下步骤：

S15、将室内关键位置点的位置信息，作为模板位置信息录入数据库，并且将关键位置点的操作对象，如在该位置的什么方向多少距离有什么障碍物之类的数据，作为该模板位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息，也录入数据库，用来在需要时对机器人的行为进行引导。

本实施例，前期可以根据实际情况和机器人实验结果，确定一些关键位置点，并将这些关键位置点的位置信息录入数据库，在后期，比如由于室内某种布局，有些关键位置点的位置信息可能被迁出数据库，有些关键位置点的位置信息可能被补充到数据库，因此，可以通过不断的自我修正数据，补充或更新一些关键位置点的位置信息。

S16、在数据库中查找与机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息。由于数据库可能无法完全收录室内的各个位置点信息，因此，如果数据库中不存在与机器人所在的位置信息完全相匹配的模板位置信息时，则从数据库中选择与机器人所在的位置信息距离最近的模板位置信息作为与机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息。

S17、根据S16中确定的与机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息从数据库中获取于该模板位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息。

S18、将从数据库里检索得到的引导信息通过WiFi网络发送给机器人。

S19、机器人按照一定的风险指数(如机器人距离障碍物多远应该避免继续向前行进等)来启动该引导信息对应的动作程序进行工作。

本实施例的数据库可以设置在服务器上，采用Oracle，DB2，SQL Server等任意的数据库软件。本实施例的WiFi上层软件可以采用已有的一些技术，也可以根据实际应用从驱动层入手编写专用的接口。

实施例三：

一种机器人视觉定位***，包括传感模块和视觉定位模块，其中，

所述传感模块用于接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号，并获取接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS；

所述视觉定位模块用于根据所述传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。

图5为本发明实施例三的一种应用框架图，请参考图5：

包括机器人51和至少两个无线网络接入点52，机器人51上设置有传感模块和视觉定位模块，所述至少两个无线网络接入点52设置在预设范围内的不同位置上，用于向机器人51上的传感模块发出无线信号，机器人51上的传感模块用于感应接收各已知位置信息的无线访问接入点52发出的无线信号，视觉定位模块用于根据传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点52的接收信号强度RSS确定机器人51所在的位置信息。其中传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点52的接收信号强度RSS可以由传感模块检测获得，也可由视觉定位模块检测获得。

进一步，视觉定位模块可以包括距离确定模块和位置确定模块，其中，距离确定模块用于根据传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点52的接收信号强度RSS确定机器人51到相应位置的无线网络接入点52的距离信息；位置确定模块用于根据所述距离确定模块得到的机器人51到各已知位置信息的无线网络接入点52的距离信息确定机器人51所在的位置信息。

进一步，机器人51中还包括行为引导模块，行为引导模块用于根据机器人51所在的位置信息在预设的数据库中查找与机器人51所在的位置信息相对应的用于对机器人51起引导作用的引导信息，并根据引导信息引导机器人51的行为。

本实施例机器人上的传感模块可以是基于WiFi网络的WiFi网络传感器，行为引导模块可以作为单独的功能模块设置机器人身上，也可以集成在视觉定位模块中。在本实施例可以包括传统计算机结构，例如：主板、BIOS、CPU、内存、WiFi网络传感器以及其它计算机硬件，机器人上的WiFi网络传感器可以以嵌入的方式集成在机器人体内。本实施例的服务器数据库可以采用Oracle，DB2，SQL Server等任意的数据库软件。本实施例的WiFi上层软件可以采用已有的一些技术，也可以根据实际应用从驱动层入手编写专用的接口。

实施例四：

图6为本发明实施例四的一种应用框架图，请参考图6：包括机器人61、至少两个无线网络接入点62和定位服务器63，机器人61上设置有传感模块，定位服务器63上设置有视觉定位模块，所述至少两个无线网络接入点62设置在预设范围内的不同位置上，用于向机器人61上的传感模块发出无线信号，机器人61上的传感模块用于感应接收各已知位置信息的无线访问接入点62发出的无线信号，定位服务器63上的视觉定位模块用于根据机器人61上的传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点62的接收信号强度RSS确定机器人61所在的位置信息。其中传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点62的接收信号强度RSS可以由传感模块检测获得，也可由视觉定位模块检测获得。

进一步，视觉定位模块可以包括距离确定模块和位置确定模块，其中，距离确定模块用于根据机器人61上的传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点62的接收信号强度RSS确定机器人61到相应位置的无线网络接入点62的距离信息，位置确定模块用于根据机器人61到各已知位置信息的无线网络接入点62的距离信息确定机器人61所在的位置信息。

进一步，定位服务器63中还包括行为引导模块，行为引导模块用于根据机器人61所在的位置信息在预设的数据库中查找与机器人61所在的位置信息相对应的用于对机器人61起引导作用的引导信息，并根据所述引导信息引导机器人61的行为。

本实施例的视觉定位模块不局限于设置在定位服务器上，可以设置在不同于机器人的其他装置上。本实施例的机器人可以具有现有技术中普遍采用的视觉定位功能，如在工作途中利用摄像头采集图像、判定图像，并且进行模糊度分析，当判定模糊度大于一定阈值时，机器人本身暂不做任何处理信息行为，而是通过WiFi网络向定位服务器发送一条信息“对象判别模糊度太高，寻求帮助...”，定位服务器收到这条信息后，立刻保存多个WiFi传感器采集到的机器人发送的接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS，对机器人难以判断的模糊位置点进行判断。

本实施例可以基于WiFi网络，机器人上的传感模块可以是WiFi网络传感器，在本实例可以包括传统计算机结构，例如：主板、BIOS、CPU、内存、WiFi网络传感器以及其它计算机硬件，机器人上的WiFi网络传感器可以以嵌入的方式集成在机器人体内，本实施例的定位服务器也可以配置WiFi网络模块，上层算法软件集成在Windows或Linux***下。本实施例的服务器数据库可以采用Oracle，DB2，SQL Server等任意的数据库软件。本实施例将服务器、家用机器人技术、数据库技术、WiFi网络传感技术、WiFi上层软件应用有机的集成在了一起。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种机器人视觉定位的方法，其特征在于，包括：

接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号；

根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息的方法包括：根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息，根据机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息的方法包括：根据接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS和预设的信号传输损耗模型P_r(d)＝K-10εlg(d)(dBm)，计算机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息，其中K为常数，d为机器人和无线网络接入点之间的距离信息，ε为自由空间损耗系数。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息的方法包括：根据已知位置信息的无线网络接入点的二维坐标信息和相应位置的无线网络接入点到机器人的距离信息，计算得到机器人所在位置的二维坐标信息。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括根据所述机器人所在的位置信息在预设的数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息，并根据所述引导信息引导机器人的行为。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述机器人所在的位置信息在预设的数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息的方法包括：

在数据库中预设一个或多个模板位置信息，以及与各个模板位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息；

在所述数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息；

根据与机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息以及与所述模板位置信息相对应的引导信息，引导机器人的行为。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息的方法包括：在所述数据库中查找与所述机器人所在的位置信息完全相匹配的模板位置信息，如果所述数据库中不存在与所述机器人所在的位置信息完全相匹配的模板位置信息，则从所述数据库中选择与所述机器人所在的位置信息距离最近的模板位置信息作为与所述机器人所在的位置信息相匹配的模板位置信息。

8.一种机器人视觉定位***，其特征在于，包括传感模块和视觉定位模块，其中，

所述传感模块用于接收设置在预设范围内不同位置上的至少两个无线网络接入点AP发送的信号；

所述视觉定位模块用于根据所述传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人所在的位置信息。

9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述视觉定位模块包括距离确定模块和位置确定模块，其中，

所述距离确定模块用于根据所述传感模块接收各已知位置信息的无线网络接入点的接收信号强度RSS确定机器人到相应位置的无线网络接入点的距离信息；

所述位置确定模块用于根据所述距离确定模块得到的机器人到各已知位置信息的无线网络接入点的距离信息确定机器人所在的位置信息。

10.如权利要求8所述的***，其特征在于，还包括行为引导模块，所述行为引导模块用于根据所述机器人所在的位置信息在预设的数据库中查找与所述机器人所在的位置信息相对应的用于对机器人起引导作用的引导信息，并根据所述引导信息引导机器人的行为。

11.如权利要求8至10任一项所述的***，其特征在于，所述传感模块设置在机器人上，所述视觉定位模块设置在定位服务器上。

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