一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、工控機(jī)、行程計(jì)算裝置和視覺(jué)檢測(cè)裝置，其中，視覺(jué)檢測(cè)裝置設(shè)置于移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)前端，采集地面上預(yù)先設(shè)置的標(biāo)識(shí)線信息，將采集的標(biāo)識(shí)線圖像傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)標(biāo)識(shí)線圖像確定移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，工控機(jī)連接行程計(jì)算裝置，行程計(jì)算裝置接收速度傳感器的信號(hào)，對(duì)航跡進(jìn)行計(jì)算，工控機(jī)根據(jù)計(jì)算的航跡和移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，對(duì)行程計(jì)算裝置進(jìn)行校正。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)視覺(jué)定位這一絕對(duì)定位方式與里程計(jì)航跡推算這一相對(duì)定位方式的結(jié)合，有效的消除了里程計(jì)航跡推算過(guò)程中普遍存在的累計(jì)誤差問(wèn)題。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)設(shè)及。
技術(shù)介紹
在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域中，定位與導(dǎo)航是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)的核屯、環(huán)節(jié)。導(dǎo)航是指 機(jī)器人按照預(yù)先規(guī)劃路徑或根據(jù)輸入條件自主規(guī)劃路徑并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。定位是指機(jī)器 人通過(guò)對(duì)傳感器獲得的環(huán)境信息融合處理，實(shí)時(shí)確定機(jī)器人本體在全局環(huán)境中的位置信息 和航向信息的技術(shù)。定位是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航的前提，所W使用高效準(zhǔn)確的定位方案是實(shí)現(xiàn) 機(jī)器人可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。移動(dòng)機(jī)器人一般通過(guò)使用里程計(jì)按照運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)輪速信息進(jìn)行 解算實(shí)現(xiàn)位置信息和航向信息的獲取，但是該是一種相對(duì)定位方式，單純使用里程計(jì)存在 累計(jì)誤差，長(zhǎng)時(shí)間或大尺度運(yùn)行定位精度不高，為了提高里程計(jì)的精度需要對(duì)里程計(jì)進(jìn)行 校正，目前里程計(jì)的校正方式主要有W下幾種： 1、巧螺儀校正里程計(jì)的方式。該方式是，首先里程計(jì)實(shí)時(shí)計(jì)算并輸出機(jī)器人的位 置信息和航向信息，另外控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)巧螺儀數(shù)據(jù)積分得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的航向角信息， 并將該航向角信息反饋給里程計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)里程計(jì)的校正。該方式屬于相對(duì)定位方式，雖然該 方式有效降低了里程計(jì)的累計(jì)誤差，但是累計(jì)誤差仍然存在，另外該方式巧螺儀積分容易 受顛鑛等干擾影響，且對(duì)于數(shù)據(jù)的同步性要求高。 2、在與具有激光定位或視覺(jué)定位功能的機(jī)器人系統(tǒng)中使用，通過(guò)激光和視覺(jué)等絕 對(duì)定位方式，結(jié)合先驗(yàn)環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)里程計(jì)的校正。該方式雖然有效消除了累計(jì)誤差， 但是該方式方案復(fù)雜，成本高，對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用不合適。 所W亟需一種方案簡(jiǎn)單，成本低，精度高，利于推廣，尤其是適合在簡(jiǎn)單機(jī)器人系 統(tǒng)上應(yīng)用的里程計(jì)校正方式，從而消除里程計(jì)累計(jì)誤差，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人位置信息和航向信息 的準(zhǔn)確感知。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)及方 法，本方法有效消除里程計(jì)累計(jì)誤差，提高里程計(jì)航跡計(jì)算精度，降低成本，尤其是在簡(jiǎn)單 的機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)中利于實(shí)現(xiàn)推廣。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：[000引一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)，包括移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、工控機(jī)、行程計(jì)算 裝置和視覺(jué)檢測(cè)裝置，其中，視覺(jué)檢測(cè)裝置設(shè)置于移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)前端，采集地面上預(yù)先設(shè) 置的標(biāo)識(shí)線信息，將采集的標(biāo)識(shí)線圖像傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)標(biāo)識(shí)線圖像確定移動(dòng)機(jī) 器人的相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，工控機(jī)連接行程計(jì)算裝置，行程計(jì)算裝置接收速度傳 感器的信號(hào)，對(duì)航跡進(jìn)行計(jì)算，工控機(jī)根據(jù)行程計(jì)算裝置計(jì)算的航跡和移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)于 標(biāo)識(shí)線的航向角信息，對(duì)行程計(jì)算裝置進(jìn)行校正。 所述航跡包括移動(dòng)機(jī)器人位置信息和航向角信息。 所述視覺(jué)檢測(cè)裝置，包括攝像機(jī)，攝像機(jī)鏡頭平面平行于運(yùn)行路徑上的標(biāo)識(shí)線且 攝像機(jī)圖像的垂直中軸線平行于標(biāo)識(shí)線。 所述標(biāo)識(shí)線，為明顯區(qū)別于地面的色帶或線，標(biāo)識(shí)線在機(jī)器人工作區(qū)域的全局航 向角信息是確定的。 所述行程計(jì)算裝置為里程計(jì)。 一種基于上述系統(tǒng)的校正方法，包括W下步驟： (1)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)沿著預(yù)設(shè)的行走路徑運(yùn)動(dòng)，保證標(biāo)識(shí)線一直在攝像機(jī)視野中， 行程計(jì)算裝置對(duì)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)速度傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并對(duì)航跡（位置信息和航 向角信息）進(jìn)行推算，將t時(shí)刻的機(jī)器人位置和航向角信息傳輸給工控機(jī)； (2)工控機(jī)通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)裝置獲取t時(shí)刻標(biāo)識(shí)線的圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行視覺(jué)處理， 計(jì)算出機(jī)器人相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，由于標(biāo)識(shí)線在機(jī)器人工作區(qū)域的全局航向角 信息確定，所W機(jī)器人在工作區(qū)域全局中的航向角信息也可確定，此過(guò)程便實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)定 位； (3)工控機(jī)將上一步驟的航向角信息反饋給行程計(jì)算裝置，行程計(jì)算裝置通過(guò)加 權(quán)計(jì)算和補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算對(duì)自身的航向角信息進(jìn)行校正，將校正后的航向角信息輸入到行程 計(jì)算裝置下一時(shí)間的航跡推算過(guò)程，完成了一個(gè)周期的里程計(jì)校正； (4)重復(fù)步驟（1)-步驟（3)。 所述步驟（1)中，航跡推算的方法為：按照公式：【主權(quán)項(xiàng)】1. 一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)，其特征是：包括移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、工控機(jī)、 行程計(jì)算裝置和視覺(jué)檢測(cè)裝置，其中，視覺(jué)檢測(cè)裝置設(shè)置于移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)前端，采集地面 上預(yù)先設(shè)置的標(biāo)識(shí)線信息，將采集的標(biāo)識(shí)線圖像傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)標(biāo)識(shí)線圖像確 定移動(dòng)機(jī)器人的相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，工控機(jī)連接行程計(jì)算裝置，行程計(jì)算裝置接 收速度傳感器的信號(hào)，對(duì)航跡進(jìn)行計(jì)算，工控機(jī)根據(jù)行程計(jì)算裝置計(jì)算的航跡和移動(dòng)機(jī)器 人相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，對(duì)行程計(jì)算裝置進(jìn)行校正。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)，其特征是：所述視覺(jué) 檢測(cè)裝置，包括攝像機(jī)，攝像機(jī)鏡頭面平行于運(yùn)行路徑上的標(biāo)識(shí)線且攝像機(jī)圖像的垂直中 軸線平行于標(biāo)識(shí)線，在攝像機(jī)周圍安裝有打光LED等陣列。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)，其特征是：所述標(biāo)識(shí) 線，為明顯區(qū)別于地面的色帶或線，標(biāo)識(shí)線在機(jī)器人工作區(qū)域的全局航向角信息是確定的。4. 一種基于如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的校正方法，其特征是：包括以下步 驟： (1) 移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)沿著預(yù)設(shè)的行走路徑運(yùn)動(dòng)，保證標(biāo)識(shí)線一直在攝像機(jī)視野中，行程 計(jì)算裝置對(duì)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)測(cè)速傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并對(duì)航跡（位置信息和航向角 信息）進(jìn)行推算，將t時(shí)刻的機(jī)器人位置和航向信息傳輸給工控機(jī)； (2) 工控機(jī)通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)裝置獲取t時(shí)刻標(biāo)識(shí)線的圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行視覺(jué)處理，計(jì)算 出機(jī)器人相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角，確定機(jī)器人在工作區(qū)域全局中的航向角信息，實(shí)現(xiàn)視覺(jué) 定位； (3) 工控機(jī)將視覺(jué)定位計(jì)算出的航向角信息反饋給行程計(jì)算裝置，行程計(jì)算裝置通過(guò) 加權(quán)計(jì)算和補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算對(duì)自身的航向角進(jìn)行校正，將校正后的航向角輸入到行程計(jì)算裝 置下一時(shí)間的航跡推算過(guò)程，完成了一個(gè)周期的里程計(jì)校正； (4) 重復(fù)步驟（1)-步驟（3)。5. 如權(quán)利要求4所述的校正方法，其特征是：所述步驟（1)中，航跡推算的方法為： 按照公式：其中Sr (t-1)，Sl (t-Ι)分別為移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)右輪和左輪在t-Ι時(shí)刻到t時(shí)刻時(shí)間間 隔走過(guò)的距離，d為移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)輪距； 輸出t時(shí)刻機(jī)器人位置信息和航向角信息，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)通信線 上傳到工控機(jī)。6. 如權(quán)利要求4所述的校正方法，其特征是：所述步驟（2)中，工控機(jī)通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)裝 置獲取t時(shí)刻標(biāo)識(shí)線的圖像，并對(duì)該圖像進(jìn)行視覺(jué)處理，處理步驟包括： (2-1)圖像標(biāo)定：使用相機(jī)標(biāo)定階段獲取的標(biāo)定參數(shù)對(duì)每一幀圖像進(jìn)行標(biāo)定，以消除 相機(jī)鏡頭帶來(lái)的圖像畸變； (2-2)對(duì)彩色對(duì)象進(jìn)行顏色模型轉(zhuǎn)變，需要識(shí)別的是有顏色的標(biāo)識(shí)色帶或線，需要通過(guò) 對(duì)圖像感興趣的顏色模型進(jìn)行提取； (2-3)目標(biāo)圖像分割，提取出特征對(duì)比圖像； (2-4)形態(tài)學(xué)處理，通過(guò)圖像結(jié)構(gòu)元素對(duì)圖像特征進(jìn)行度量和提取，通過(guò)腐蝕和膨脹的 形態(tài)學(xué)方法對(duì)圖像處理，以方便對(duì)特征的識(shí)別和分析； (2-5)提取目標(biāo)特征，通過(guò)邊緣檢測(cè)確定每行目標(biāo)特征中心點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)粒子分析計(jì)算 出標(biāo)識(shí)線與圖像垂直中軸線的夾角，確定機(jī)器人在工作區(qū)域全局中的航向角信息w(t)，即 實(shí)現(xiàn)視覺(jué)定位。7. 如權(quán)利要求5所述的校正方法，其特征是：所述步驟（2-2)中，具體方法為：系統(tǒng)使 用的彩色圖形處理空間模型為HSI模型，該模型受光照條件變化的影響小，H代表色調(diào)、S代 表飽和度、I代表亮度，把RGB模型轉(zhuǎn)換為H本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于視覺(jué)的機(jī)器人里程計(jì)校正系統(tǒng)，其特征是：包括移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)、工控機(jī)、行程計(jì)算裝置和視覺(jué)檢測(cè)裝置，其中，視覺(jué)檢測(cè)裝置設(shè)置于移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)前端，采集地面上預(yù)先設(shè)置的標(biāo)識(shí)線信息，將采集的標(biāo)識(shí)線圖像傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)根據(jù)標(biāo)識(shí)線圖像確定移動(dòng)機(jī)器人的相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，工控機(jī)連接行程計(jì)算裝置，行程計(jì)算裝置接收速度傳感器的信號(hào)，對(duì)航跡進(jìn)行計(jì)算，工控機(jī)根據(jù)行程計(jì)算裝置計(jì)算的航跡和移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)于標(biāo)識(shí)線的航向角信息，對(duì)行程計(jì)算裝置進(jìn)行校正。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉加科，孔令文，田曉璐，付崇光，韓磊，孫凱，秦振華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東魯能智能技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37