CN103353758A - 一种室内机器人导航装置及其导航技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内机器人导航装置，其特征在于，包括电路板，电路板上设置有运动控制模块、导航与定位模块、地图管理与路径规划模块、图像采集与处理模块、安全模块、人机交互管理模块。本发明还提供了一种室内机器人导航技术，其特征在于：步骤如下：a）、地图构建与机器人运动路径的规划；b）、区域细化与视觉路标的设定；c）、视觉路标的采集、处理和运动定位校正；d）、区域和路标信息的存储与查询。本发明具有着自主导航、抗干扰能力强、无轨迹移动等优点，也通过视觉定位校准来克服了目前大多数导航方式定位精度差的问题。
Description
技术领域
本发明属于室内机器人的导航设备及其导航技术，具体地说，涉及一种基于区域细化和视觉定位的室内机器人导航装置及其导航技术。
背景技术
移动机器人是一种在可复杂环境下工作，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势，目前在国内外正在被广泛的应用。
在移动机器人相关技术研究中，导航技术属于其核心技术，也是实现智能化和自主移动的关键技术。目前常见的导航方式有电磁导航、惯性导航、视觉导航、无线导航、卫星导航、传感器数据导航等等。传统的导航方式或多或少存在着一些弊端，电磁导航灵活性差，定位不准确，智能性不高且大面积磁条铺设维护成本高。惯性导航灵活性好，但定位准确度差，运动过程中容易产生并积累偏差，适合于短距离移动。传统的视觉导航一般采用多目视觉的方式，定位精度可以达到很高，但在运动过程中的实时运算量很大，不够灵活，且受光照等周围环境的影响比较大；其他导航方式或多或少存在着稳定性差、定位精度低、或布设维护成本高等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种成本低，适应型和稳定性好，导航和定位精度高的基于区域细化和视觉定位的室内机器人导航装置。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种室内机器人导航装置，其特征在于，包括电路板，电路板上设置有运动控制模块、导航与定位模块、地图管理与路径规划模块、图像采集与处理模块、安全模块、人机交互管理模块；
运动控制模块，用于机器人的运动姿态调整和运动状态控制；
导航与定位模块，通过惯性导航和视觉校正来获取机器人的准确位置，实现精确地机器人导航定位；
地图管理与路径规划模块，用于地图的构建和细化，机器人运动路径的规划；
图像采集与处理模块，采集并处理路标图像，获取当前机器人的位置，及时进行运动控制和姿态调整；
安全模块，定时检测装置自身的安全状态，并执行相应的报警处理；
人机交互管理模块，通过多种人机接口实现人机交互通讯、显示、配置和管理。
本发明还提供了一种室内机器人导航技术，其特征在于：
步骤如下：
a）、地图构建与机器人运动路径的规划；
b）、区域细化与视觉路标的设定；
c）、视觉路标的采集、处理和运动定位校正；
d）、区域和路标信息的存储与查询。
作为一种改进的技术方案，所述步骤a）具体为：
1）、对室内环境布局进行度量，并在设备离线状态下构建地图；
2）、设定机器人的运动区域，并规划机器人在室内整体的运动路径；
3）、设定特定点之间机器人的运动路径，并且在设定范围之外的其他情况，运动路径由机器人自主计算。
作为一种改进的技术方案，所述步骤b）具体为：
1）、将地图中机器人的运动区域按照运动路径的形式细分成多个不同大小和形状的区域；
2）、在每个细分区域中机器人运动路径的特定位置处设定视觉路标。
作为一种改进的技术方案，步骤c）具体为：
1）当机器人运动到路标位置附近时，瞬时采集路标图像，提取图像的定位点。
2）根据路标定位信息，获取机器人当前的位置，及时进行运动控制。
作为一种改进的技术方案，步骤d）具体为：
1）将每个细分区域的位置、形状、区域中的路径信息、运动方式和路标点位置以及路标对应物品的方位等信息以YAML格式进行存储。
2）机器人运动过程中查询当前细分区域的信息，及时进行运动控制和定位导航。
作为一种改进的技术方案，对机器人运动路径附近的地图进行区域细化处理，并将细化区域内的多种位置、运动和控制信息进行重点存储，以达到提高控制精度和运行效率的目的。
作为一种改进的技术方案，设定视觉路标是采用单目视觉的方式对机器人进行定位导航，一方面在运动过程中定点采集视觉路标图像，获取当前的定位信息，及时进行运动控制；另一方面使得机器人能精确移动到目标点位置，根据目标物的空间信息，调整姿态。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有着自主导航、抗干扰能力强、无轨迹移动等优点，也通过视觉定位校准来克服了目前大多数导航方式定位精度差的问题。此外，视觉***采用单目视觉，定点触发采集处理，相对于双目视觉实时定位导航的方式运算量要小的多，成本低，稳定性好。
本发明在地图构建时采用了区域细化的方式，同时针对细化区域存储了大量的位置和控制信息，提高了机器人的运动控制精度和效率。
本发明充分考虑到了布设在地面上的图像路标难免受到灰尘、脏污等干扰，采用了实圆的图像编码结构，其优点在于：一方面圆的检测采用统计投票的方式，有着很好的抗干扰能力；另一方面相对于单线圆而言，实体圆的鲁棒性更好。此外，定位圆相对于图像的大小和位置是固定的，因此中心定位速度非常快，可确保及时进行运动校正。
同时下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构框图；
图2为本发明一种实施例的工作流程图。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，一种基于区域细化和视觉定位的室内机器人导航装置，包括电路板，电路板上设置有运动控制模块、导航与定位模块、地图管理与路径规划模块、图像采集与处理模块、安全模块、人机交互管理模块。
运动控制模块，用于机器人的运动姿态调整和运动状态控制。
导航与定位模块，通过惯性导航和视觉校正来获取机器人的准确位置，实现精确地机器人导航定位。
地图管理与路径规划模块，用于地图的构建和细化，机器人运动路径的规划。
图像采集与处理模块，采集并处理路标图像，获取当前机器人的位置，及时进行运动控制和姿态调整。
安全模块，定时检测装置自身的安全状态，并执行相应的报警处理。
人机交互管理模块，通过多种人机接口实现人机交互通讯、显示、配置和管理。
本发明还提供了一种基于区域细化和视觉定位的室内机器人导航技术，如图2所示，步骤如下：
a）、地图构建与机器人运动路径的规划；
b）、区域细化与视觉路标的设定；
c）、视觉路标的采集、处理和运动定位校正；
d）、区域和路标信息的存储与查询。
在上述步骤中，所述步骤a）具体为：
1）、对室内环境布局进行度量，并在设备离线状态下构建地图；
2）、设定机器人的运动区域，并规划机器人在室内整体的运动路径；
3）、设定特定点之间机器人的运动路径，并且在设定范围之外的其他情况，运动路径由机器人自主计算。
所述步骤b）具体为：
1）、将地图中机器人的运动区域按照运动路径的形式细分成多个不同大小和形状的区域；
2）、在每个细分区域中机器人运动路径的特定位置处设定视觉路标。
步骤c）具体为：
1）当机器人运动到路标位置附近时，瞬时采集路标图像，提取图像的定位点。
2）根据路标定位信息，获取机器人当前的位置，及时进行运动控制。
步骤d）具体为：
1）将每个细分区域的位置、形状、区域中的路径信息、运动方式和路标点位置以及路标对应物品的方位等信息以YAML格式进行存储。
2）机器人运动过程中查询当前细分区域的信息，及时进行运动控制和定位导航。
在本实施例中，对机器人运动路径附近的地图进行区域细化处理，并将细化区域内的多种位置、运动和控制信息进行重点存储，以达到提高控制精度和运行效率的目的。
在本实施例中，设定视觉路标是采用单目视觉的方式对机器人进行定位导航，一方面在运动过程中定点采集视觉路标图像，获取当前的定位信息，及时进行运动控制；另一方面使得机器人能精确移动到目标点位置，根据目标物的空间信息，调整姿态。
本发明具有着自主导航、抗干扰能力强、无轨迹移动等优点，也通过视觉定位校准来克服了目前大多数导航方式定位精度差的问题。此外，视觉***采用单目视觉，定点触发采集处理，相对于双目视觉实时定位导航的方式运算量要小的多，成本低，稳定性好。
本发明在地图构建时采用了区域细化的方式，同时针对细化区域存储了大量的位置和控制信息，提高了机器人的运动控制精度和效率。
本发明充分考虑到了布设在地面上的图像路标难免受到灰尘、脏污等干扰，采用了实圆的图像编码结构，其优点在于：一方面圆的检测采用统计投票的方式，有着很好的抗干扰能力；另一方面相对于单线圆而言，实体圆的鲁棒性更好。此外，定位圆相对于图像的大小和位置是固定的，因此中心定位速度非常快，可确保及时进行运动校正。
本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种室内机器人导航装置，其特征在于，包括电路板，电路板上设置有运动控制模块、导航与定位模块、地图管理与路径规划模块、图像采集与处理模块、安全模块、人机交互管理模块；
运动控制模块，用于机器人的运动姿态调整和运动状态控制；
导航与定位模块，通过惯性导航和视觉校正来获取机器人的准确位置，实现精确地机器人导航定位；
地图管理与路径规划模块，用于地图的构建和细化，机器人运动路径的规划；
图像采集与处理模块，采集并处理路标图像，获取当前机器人的位置，及时进行运动控制和姿态调整；
安全模块，定时检测装置自身的安全状态，并执行相应的报警处理；
人机交互管理模块，通过多种人机接口实现人机交互通讯、显示、配置和管理。
2.一种室内机器人导航技术，其特征在于：步骤如下：
a）、地图构建与机器人运动路径的规划；
b）、区域细化与视觉路标的设定；
c）、视觉路标的采集、处理和运动定位校正；
d）、区域和路标信息的存储与查询。
3.根据权利要求2中所述的室内机器人导航技术，其特征在于：所述步骤a）具体为：
1）、对室内环境布局进行度量，并在设备离线状态下构建地图；
2）、设定机器人的运动区域，并规划机器人在室内整体的运动路径；
3）、设定特定点之间机器人的运动路径，并且在设定范围之外的其他情况，运动路径由机器人自主计算。
4.根据权利要求3中所述的室内机器人导航技术，其特征在于：所述步骤b）具体为：
1）、将地图中机器人的运动区域按照运动路径的形式细分成多个不同大小和形状的区域；
2）、在每个细分区域中机器人运动路径的特定位置处设定视觉路标。
5.根据权利要求4中所述的室内机器人导航技术，其特征在于：步骤c）具体为：
1）当机器人运动到路标位置附近时，瞬时采集路标图像，提取图像的定位点。
2）根据路标定位信息，获取机器人当前的位置，及时进行运动控制。
6.根据权利要求5中所述的室内机器人导航技术，其特征在于：步骤d）具体为：
1）将每个细分区域的位置、形状、区域中的路径信息、运动方式和路标点位置以及路标对应物品的方位等信息以YAML格式进行存储。
2）机器人运动过程中查询当前细分区域的信息，及时进行运动控制和定位导航。
7.根据权利要求4中所述的室内机器人导航技术，其特征在于：对机器人运动路径附近的地图进行区域细化处理，并将细化区域内的多种位置、运动和控制信息进行重点存储，以达到提高控制精度和运行效率的目的。
8.根据权利要求所述4中所述的室内机器人导航技术，其特征在于：设定视觉路标是采用单目视觉的方式对机器人进行定位导航，一方面在运动过程中定点采集视觉路标图像，获取当前的定位信息，及时进行运动控制；另一方面使得机器人能精确移动到目标点位置，根据目标物的空间信息，调整姿态。
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