CN106370188A - 一种基于3d摄像机的机器人室内定位与导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法，在天花板上安置红绿蓝三个颜色LED灯，并以天花板某一直角点为坐标原点，建立直角坐标系，机器人通过3D摄像头扫视天花板获取图像信息并对其分析处理，实现全局定位以及导航。本发明是关于单目视觉定位***，家庭机器人通过3D摄像头对LED灯进行深度信息的获取，通过一系列的分析计算，最终实现机器人的全局定位和导航，相对于普通单目视觉定位***而言，该***安置的是3D摄像头，摄像头参数不易受到影响反而有利于帮助***更快的进行机器人定位，相对于双目视觉定位而言，降低成本，相对算法难度低，无繁琐的计算量，精确度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，具体是一种基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法。
背景技术
随着机器人的研究越来越深，增强人机交互的智能性是目前探讨的热点之一。为了实现人机交互，机器人需进行自主移动，机器人通常利用定位***进行全局定位及导航从而达到自主移动功能。实现室内全局定位及导航的方式有很多种，这里我们选择通过视觉定位让机器人实现全局定位以及导航。家庭机器人的视觉定位方式可分为单目视觉定位和双目视觉定位。目前家庭机器人的视觉定位方式可分为单目视觉定位和双目视觉定位。对于双目视觉定位方式，其成本高，立体匹配算法难度较大，计算量大；则对于单目视觉定位而言，其受摄像机参数影响，精确度较差，对摄像头要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法，在天花板上安置红绿蓝三个颜色LED灯，并以天花板某一直角点为坐标原点，建立直角坐标系，机器人通过3D摄像头扫视天花板获取图像信息并对其分析处理，实现全局定位以及导航。
作为本发明再进一步的方案：标记点模块是在房间天花板上安置红绿蓝三个不同颜色的LED灯，并形成三角形形状，作为标记点；图像采集模块是机器人通过3D摄像头扫视天花板图像，对其进行深度信息采集；信息处理模块是以天花板的一直角点为原点坐标，建立天花板的直角坐标系，取得三个LED灯的坐标参数，生成室内坐标地图，机器人主控制器会根据获取的信息进行分析处理，计算出机器人所在的位置；无线通信模块是用户通过无线通信对机器人进行控制；运动模块是根据确定目标位置与机器人的距离远近及方向，控制机器人进行前进、左转、右转以及停止，从而实现目标位置的导航。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是关于单目视觉定位***，家庭机器人通过3D摄像头对LED灯进行深度信息的获取，通过一系列的分析计算，最终实现机器人的全局定位和导航，相对于普通单目视觉定位***而言，该***安置的是3D摄像头，摄像头参数不易受到影响反而有利于帮助***更快的进行机器人定位，且***能实时获取LED等的深度信息，能够适应机器人在运动过程，从而实现定位，相对于双目视觉定位而言，降低成本，相对算法难度低，无繁琐的计算量，精确度较高。
附图说明
图1为基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法中单目视觉定位***的结构示意图；
图2为基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法中LED灯的深度信息获取图；
图3为基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法中全局定位流程图；
图4为基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法中坐标参数图；
图5为基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法中导航定位流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法，在天花板上安置红绿蓝三个颜色LED灯，并以天花板某一直角点为坐标原点，建立直角坐标系，机器人通过3D摄像头扫视天花板获取图像信息并对其分析处理，实现全局定位以及导航；所述机器人设有单目视觉定位***，单目视觉定位***包括标记点模块、图像采集模块、信息处理模块、无线通信模块和运动模块，标记点模块是在房间天花板上安置红绿蓝三个不同颜色的LED灯，并形成三角形形状，作为标记点；图像采集模块是机器人通过3D摄像头扫视天花板图像，对其进行深度信息采集；信息处理模块是以天花板的一直角点为原点坐标，建立天花板的直角坐标系，取得三个LED灯的坐标参数，生成室内坐标地图，机器人主控制器会根据获取的信息进行分析处理，计算出机器人所在的位置；无线通信模块是用户通过无线通信对机器人进行控制；运动模块是根据确定目标位置与机器人的距离远近及方向，控制机器人进行前进、左转、右转以及停止，从而实现目标位置的导航。
***工作总流程
2.2.2.1全局定位流程：
S1：在天花板上安置红绿蓝三个颜色LED灯。
S2：以天花板某一直角点作为坐标原点，并在天花板建立直角坐标系，生成室内坐标地图，同时获得LED灯的坐标参数。
S3：用户通过无线通信控制机器人进行全局定位。
S4：机器人通过3D摄像头对天花板进行扫视，获得LED灯的深度信息，如图2所示。
S5：***对图像信息以及深度信息进行分析处理，计算出机器人当前坐标位置。
通过3D摄像头的深度SENSOR获取机器人到天花板的垂直距离，即深度距离Y。并通过3D摄像机2D sensor获取LED灯与机器人在天花板定点之间的像素距离Z`，可以根据深度距离Y与像素距离的关系算出实际LED灯到机器人在天花板定点的距离Z，其之间的关系为Z＝K*Z`。而K的值则有深度距离Y而决定：
当Y＝1m时，K＝0.4
当Y＝2m时，K＝0.8
当Y＝3m时，K＝1.6……..以此类推。
即获取三个LED灯的深度信息，即可得知LED灯到机器人在天花板定点的像素距离和实际距离关系系数K，像素距离可以通过3D摄像机2D sensor获取，由此，可算出机器人垂直到天花板顶点位置到LED灯距离Z.
分别计算出机器人垂直到在天花板顶点位置到红、绿、蓝LED灯距离后，以LED灯位置为中心点，顶点位置到LED灯距离为半径画圆，三个圆圈交汇点即为机器人在天花板顶点位置，并获得其坐标参数(X1，Y1)。如图3所示。
2.2.2.2导航流程：
S1：用户通过无线通信控制机器人进行导航。
S2：通过全局定位获得机器人当前坐标位置位(X1，Y1)。
S3：确定目标位置的坐标位(X2，Y2)，计算该目标位置相对于机器人的距离远近及方向。
目标位置相对于机器人的距离
目标位置相对于机器人的方向角度
且当dx>0，dy>0时方位角＝α；
当dx<0，dy>0时方位角＝180-α；
当dx<0，dy<0时方位角＝180+α；
当dx>0，dy<0时方位角＝360-α；
S4：根据计算的距离及方向，控制机器人前进，左转，右转以及停止，直到到达目标位置
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (2)
1.一种基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法，其特征在于，在天花板上安置红绿蓝三个颜色LED灯，并以天花板某一直角点为坐标原点，建立直角坐标系，机器人通过3D摄像头扫视天花板获取图像信息并对其分析处理，实现全局定位以及导航。
2.根据权利要求1所述的基于3D摄像机的机器人室内定位与导航方法，其特征在于，所述机器人设有单目视觉定位***，单目视觉定位***包括标记点模块、图像采集模块、信息处理模块、无线通信模块和运动模块，标记点模块是在房间天花板上安置红绿蓝三个不同颜色的LED灯，并形成三角形形状，作为标记点；图像采集模块是机器人通过3D摄像头扫视天花板图像，对其进行深度信息采集；信息处理模块是以天花板的一直角点为原点坐标，建立天花板的直角坐标系，取得三个LED灯的坐标参数，生成室内坐标地图，机器人主控制器会根据获取的信息进行分析处理，计算机器人所在的位置；无线通信模块是用户通过无线通信对机器人进行控制；运动模块是根据确定目标位置与机器人的距离远近及方向，控制机器人进行前进、左转、右转以及停止。
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