CN203241825U - 一种基于二维码导航带的移动机器人定位*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其主要技术特点是：包括安装在移动机器人小车上的二维码定位控制器、至少两个二维码读码器和敷设于地面上的二维码导航带，所述的二维码导航带由多个二维码依次相邻设置构成，所述二维码定位控制器与至少两个二维码读码器相连接用于采集二维码导航带信息并实现移动机器人的精确定位功能。本实用新型设计合理，其采用二维码导航带的方法巧妙地避开了视觉图象处理的复杂特性，使得图像采集的实时性不再受软件条件、硬件条件的制约，从根本上解决了本领域技术人员长期以来难以解决的实时采集图像的技术难题，有效提高了移动机器人的运行速度，保证了移动机器人定位***的高效率。
Description
技术领域
本实用新型属于移动机器人导航技术领域，尤其是一种基于二维码导航带的移动机器人定位***。
背景技术
基于视觉的移动机器人自主导航是指移动机器人平台的图像采集***获取机器人当前状态下的环境信息,通过对环境图像分析确定环境对象和机器人在环境中的位置。由于图像有较高分辨率,环境信息完整,符合人类的认知习惯,因此，近些年来，基于视觉的移动机器人自主导航被得到广泛关注和认可，并且在理论和实践方面已取得相当多的成果。但是，由于移动机器人活动场景的复杂性和移动机器人的动态特性，如机器人的机械结构、行走过程中的累计误差、相机的光度、照度、拍摄速度、图像的清晰度等原因，造成机器人视觉***的实时性还不够，例如，基于二维码的室内移动机器人定位***和方法，由于在地面敷设二维码时并不是连续敷设而是离散式的敷设，在两个离散的二维码之间，没有别的信息反馈，或者只能有类似于陀螺仪的角速度反馈，该反馈信息不够，由于中央处理器不能及时得到图像采集器反馈的解码信息，致使机器人在相应路段不能及时得到位姿校正指令，起始位置稍微一点的偏差就会越来越加重，甚至到下个二维码时，读码器的视野已经偏离了二维码，导致无法读取，接下来就会出现持续拍摄不到图片的情况；拍不到图片的另外一种情况是：当机器人速度加快时，如果解码时间不能同步加快，就会形成中央处理器在规定时间内不能收到上一次图像采集的解码信号，而致使延误了下一次发出图像采集命令的时间，而当中央处理器再次向图像采集***发出采集图像的命令时，已经错过了图像拍摄的位置，造成图像空拍现象。
综上所述，目前基于二维码的室内移动机器人定位***及方法虽然解决了室内导航精确定位问题，但不能实时采集图像，这个问题不解决，将严重影响移动机器人的行走速度。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、实时性强且能显著提高移动机器人行走速度的基于二维码导航带的移动机器人定位***。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，包括安装在移动机器人小车上的二维码定位控制器、二维码读码器和敷设于地面上的二维码导航带，所述的二维码导航带由多个二维码依次相邻设置构成，所述二维码定位控制器与二维码读码器相连接用于采集二维码导航带信息并实现移动机器人的精确定位功能。
而且，所述的二维码导航带的长度为多个二维码的宽度或长度之和。
而且，所述的二维码导航带为直线或为弧线。
而且，所述二维码导航带中的每个二维码均内置有唯一的ID号，或者内置有坐标值。
而且，所述二维码读码器至少为两个，当二维码读码器为两个的时候，两个二维码读码器安装在移动机器人小车长度方向的中心线上，一个位于移动机器人小车的中心点，另外一个位于移动机器人小车的尾部，两个二维码读码器之间的距离近似于移动机器人车体长度的二分之一。
而且，所述的二维码定位控制器由微处理器、编码器和通信接口连接构成，该微处理器与编码器相连接用于检测移动机器人的运行速度，该微处理器通过通信接口与至少两个二维码读码器相连接采集二维码导航带信息并实现移动机器人的精确定位功能。
而且，所述的通信接口为网络接口、USB接口或者1394接口，所述的二维码读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的摄像头。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本定位***通过移动机器人定位***的二维码定位控制器、读码器和敷设于地面上的二维码导航带的有机结合，采用二维码导航带的方式巧妙地避开了视觉图象处理的复杂特性，采用环境服务于***的方法，轻松解决了长期解决不了的离散式分布的二维码图像不能实时采集的难题，使得图像采集的实时性不再受软件条件、硬件条件的制约，有效提高了移动机器人的运行速度，保证了移动机器人定位***的高效率。
2、本定位***在地面敷设二维码导航带的方式，施工简单，操作快捷，对比从软件上一味地缩短图像解码时间和从硬件上一味地提高硬件摄像头的拍摄速度，其处理方法要简单得多，成本要小很多，提高了性价比。
附图说明
图1为本实用新型的***连接示意图；
图2为两个二维码读码器安装在一个移动机器人小车上的位置示意图；
图3为二维码导航带示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，如图1所示，包括安装在移动机器人小车上的二维码定位控制器、至少两个二维码读码器和敷设于地面上的二维码导航带，所述的二维码定位控制器由微处理器、编码器和通信接口连接构成，该微处理器与编码器相连接用于检测移动机器人的运行速度，该微处理器通过通信接口与至少两个二维码读码器相连接采集二维码导航带信息并实现移动机器人的精确定位功能。二维码读码器的安装位置，如图2所示，两个二维码读码器安装在移动机器人小车上,在移动机器人小车长度方向的中心线上安装两个二维码读码器，一个位于移动机器人小车的中心点，另外一个位于移动机器人小车的尾部，两个二维码读码器之间的距离近似于移动机器人小车长度的二分之一。该通信接口网络接口、USB接口或者1394接口，该二维码读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的摄像头。
如图3所示，二维码导航带由多个二维码依次相邻设置构成，该二维码导航带可以为直线，也可以为弧线。二维码导航带的宽度可以为1个二维码的宽度，其长度由多个二维码的宽度或长度累加而成。二维码标签具有三个角的位置探测图形及二维码正方形形状的特性，三个顶角的位置探测图形用于识读设备探测码的大小、倾斜角度；数据区用于识读设备获取二维码的绝对值坐标。所述的二维码定位控制器是通过内置于微处理器内的二维码定位控制软件实现移动机器人的定位功能，该二维码定位控制软件包括摄像头标定模块、图像处理模块、坐标变换模块和编码值映射模块，所述的摄像头标定模块用于对摄像头进行标定，以建立摄像头和移动机器人小车之间的对应关系；所述的图像处理模块输出二维码四个顶点在图像坐标系中的坐标；所述的编码值映射模块将每个唯一编码值一一对应对应其在室内的实际地理位置；所述的坐标变换模块输出小车位置偏差值、位姿变化值和小车当前的位置和方向。
二维码导航带的制作过程：用专门软件批量生成二维码，每个二维码代表一个唯一的ID号，或者是一组坐标值。采用前一种方法时，还必须在数据库将ID号和和绝对值坐标进行一一对应。批量生成二维码后，再排版、印刷、裁切成长条，再将每个长条敷设于地面拼接成所谓的二维码导航带，二维码导航带中的每个二维码含有其所对应的物理位置坐标。
基于二维码导航带实时采集图像的方法和原理如下:
⑴保证移动机器人的初始位置不能偏离二维码图像的有效读取范围；
⑵采用二维码导航带的方法，使得图像采集***采集图像过程中，不再依赖于接收采集图像命令的时间以及当前需要拍摄的二维码图像的物理位置，由于整条导航带都敷设了二维码，只需要移动机器人左右位置不偏离导航带（由机器人的初始位置进行控制），则机器人行进过程中任何时刻都可以获取图像；通过二维码导航带的方法，使得提高移动机器人的行走速度不再考虑必须和图像处理的解码时间相匹配，而是通过调节两次被采集图像之间的距离来解决：当机器人速度加快时，则前后两次被采集的二维码图像之间的距离相对加长，当机器人速度减缓时，则前后被采集的两个二维码图像之间的距离相对缩短，从而保证了实时采集图像的可能性。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：包括安装在移动机器人小车上的二维码定位控制器、二维码读码器和敷设于地面上的二维码导航带，所述的二维码导航带由多个二维码依次相邻设置构成，所述二维码定位控制器与二维码读码器相连接用于采集二维码导航带信息并实现移动机器人的精确定位功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：所述的二维码导航带的长度为多个二维码的宽度或长度之和。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：所述的二维码导航带为直线或为弧线。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：所述二维码导航带中的每个二维码均内置有唯一的ID号，或者内置有坐标值。
5.根据权利要求1所述的一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：所述二维码读码器至少为两个，当二维码读码器为两个的时候，两个二维码读码器安装在移动机器人小车长度方向的中心线上，一个位于移动机器人小车的中心点，另外一个位于移动机器人小车的尾部，两个二维码读码器之间的距离近似于移动机器人车体长度的二分之一。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：所述的二维码定位控制器由微处理器、编码器和通信接口连接构成，该微处理器与编码器相连接用于检测移动机器人的运行速度，该微处理器通过通信接口与至少两个二维码读码器相连接采集二维码导航带信息并实现移动机器人的精确定位功能。
7.根据权利要求6所述的一种基于二维码导航带的移动机器人定位***，其特征在于：所述的通信接口为网络接口、USB接口或者1394接口，所述的二维码读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的摄像头。
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