一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法技術

本發明專利技術公開了一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，在天花板上安置紅綠藍三個顏色LED燈，并以天花板某一直角點為坐標原點，建立直角坐標系，機器人通過3D攝像頭掃視天花板獲取圖像信息并對其分析處理，實現全局定位以及導航。本發明專利技術是關于單目視覺定位系統，家庭機器人通過3D攝像頭對LED燈進行深度信息的獲取，通過一系列的分析計算，最終實現機器人的全局定位和導航，相對于普通單目視覺定位系統而言，該系統安置的是3D攝像頭，攝像頭參數不易受到影響反而有利于幫助系統更快的進行機器人定位，相對于雙目視覺定位而言，降低成本，相對算法難度低，無繁瑣的計算量，精確度較高。

A method for indoor positioning and navigation of robot based on 3D camera

The invention discloses a robot indoor positioning based on 3D camera and navigation method, placement of red green and blue three color LED lights on the ceiling, the ceiling and a Cartesian point as the origin of coordinates, Cartesian coordinate system was established, the robot through the 3D camera scanning ceiling image information acquisition and analysis processing, and to achieve global positioning navigation. The present invention relates to a monocular vision positioning system, to obtain the depth information of the home robot LED lamp by 3D camera, through a series of analysis and calculation, to achieve the robot global localization and navigation, compared with the ordinary monocular vision positioning system, the system for the 3D camera, the camera parameters are not easy to be affected by it to help the system faster for robot localization, the binocular vision positioning, reduce the cost, the relative algorithm without difficulty is low, the amount of tedious calculations, high accuracy.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種機器人，具體是一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法。
技術介紹
隨著機器人的研究越來越深，增強人機交互的智能性是目前探討的熱點之一。為了實現人機交互，機器人需進行自主移動，機器人通常利用定位系統進行全局定位及導航從而達到自主移動功能。實現室內全局定位及導航的方式有很多種，這里我們選擇通過視覺定位讓機器人實現全局定位以及導航。家庭機器人的視覺定位方式可分為單目視覺定位和雙目視覺定位。目前家庭機器人的視覺定位方式可分為單目視覺定位和雙目視覺定位。對于雙目視覺定位方式，其成本高，立體匹配算法難度較大，計算量大；則對于單目視覺定位而言，其受攝像機參數影響，精確度較差，對攝像頭要求較高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，在天花板上安置紅綠藍三個顏色LED燈，并以天花板某一直角點為坐標原點，建立直角坐標系，機器人通過3D攝像頭掃視天花板獲取圖像信息并對其分析處理，實現全局定位以及導航。作為本專利技術再進一步的方案：標記點模塊是在房間天花板上安置紅綠藍三個不同顏色的LED燈，并形成三角形形狀，作為標記點；圖像采集模塊是機器人通過3D攝像頭掃視天花板圖像，對其進行深度信息采集；信息處理模塊是以天花板的一直角點為原點坐標，建立天花板的直角坐標系，取得三個LED燈的坐標參數，生成室內坐標地圖，機器人主控制器會根據獲取的信息進行分析處理，計算出機器人所在的位置；無線通信模塊是用戶通過無線通信對機器人進行控制；運動模塊是根據確定目標位置與機器人的距離遠近及方向，控制機器人進行前進、左轉、右轉以及停止，從而實現目標位置的導航。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術是關于單目視覺定位系統，家庭機器人通過3D攝像頭對LED燈進行深度信息的獲取，通過一系列的分析計算，最終實現機器人的全局定位和導航，相對于普通單目視覺定位系統而言，該系統安置的是3D攝像頭，攝像頭參數不易受到影響反而有利于幫助系統更快的進行機器人定位，且系統能實時獲取LED等的深度信息，能夠適應機器人在運動過程，從而實現定位，相對于雙目視覺定位而言，降低成本，相對算法難度低，無繁瑣的計算量，精確度較高。附圖說明圖1為基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法中單目視覺定位系統的結構示意圖；圖2為基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法中LED燈的深度信息獲取圖；圖3為基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法中全局定位流程圖；圖4為基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法中坐標參數圖；圖5為基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法中導航定位流程圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。請參閱圖1～5，本專利技術實施例中，一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，在天花板上安置紅綠藍三個顏色LED燈，并以天花板某一直角點為坐標原點，建立直角坐標系，機器人通過3D攝像頭掃視天花板獲取圖像信息并對其分析處理，實現全局定位以及導航；所述機器人設有單目視覺定位系統，單目視覺定位系統包括標記點模塊、圖像采集模塊、信息處理模塊、無線通信模塊和運動模塊，標記點模塊是在房間天花板上安置紅綠藍三個不同顏色的LED燈，并形成三角形形狀，作為標記點；圖像采集模塊是機器人通過3D攝像頭掃視天花板圖像，對其進行深度信息采集；信息處理模塊是以天花板的一直角點為原點坐標，建立天花板的直角坐標系，取得三個LED燈的坐標參數，生成室內坐標地圖，機器人主控制器會根據獲取的信息進行分析處理，計算出機器人所在的位置；無線通信模塊是用戶通過無線通信對機器人進行控制；運動模塊是根據確定目標位置與機器人的距離遠近及方向，控制機器人進行前進、左轉、右轉以及停止，從而實現目標位置的導航。系統工作總流程2.2.2.1全局定位流程：S1：在天花板上安置紅綠藍三個顏色LED燈。S2：以天花板某一直角點作為坐標原點，并在天花板建立直角坐標系，生成室內坐標地圖，同時獲得LED燈的坐標參數。S3：用戶通過無線通信控制機器人進行全局定位。S4：機器人通過3D攝像頭對天花板進行掃視，獲得LED燈的深度信息，如圖2所示。S5：系統對圖像信息以及深度信息進行分析處理，計算出機器人當前坐標位置。通過3D攝像頭的深度SENSOR獲取機器人到天花板的垂直距離，即深度距離Y。并通過3D攝像機2Dsensor獲取LED燈與機器人在天花板定點之間的像素距離Z`，可以根據深度距離Y與像素距離的關系算出實際LED燈到機器人在天花板定點的距離Z，其之間的關系為Z＝K*Z`。而K的值則有深度距離Y而決定：當Y＝1m時，K＝0.4當Y＝2m時，K＝0.8當Y＝3m時，K＝1.6……..以此類推。即獲取三個LED燈的深度信息，即可得知LED燈到機器人在天花板定點的像素距離和實際距離關系系數K，像素距離可以通過3D攝像機2Dsensor獲取，由此，可算出機器人垂直到天花板頂點位置到LED燈距離Z.分別計算出機器人垂直到在天花板頂點位置到紅、綠、藍LED燈距離后，以LED燈位置為中心點，頂點位置到LED燈距離為半徑畫圓，三個圓圈交匯點即為機器人在天花板頂點位置，并獲得其坐標參數(X1，Y1)。如圖3所示。2.2.2.2導航流程：S1：用戶通過無線通信控制機器人進行導航。S2：通過全局定位獲得機器人當前坐標位置位(X1，Y1)。S3：確定目標位置的坐標位(X2，Y2)，計算該目標位置相對于機器人的距離遠近及方向。目標位置相對于機器人的距離目標位置相對于機器人的方向角度且當dx>0，dy>0時方位角＝α；當dx<0，dy>0時方位角＝180-α；當dx<0，dy<0時方位角＝180+α；當dx>0，dy<0時方位角＝360-α；S4：根據計算的距離及方向，控制機器人前進，左轉，右轉以及停止，直到到達目標位置對于本領域技術人員而言，顯然本專利技術不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本專利技術的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本專利技術。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本專利技術的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本專利技術內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，其特征在于，在天花板上安置紅綠藍三個顏色LED燈，并以天花板某一直角點為坐標原點，建立直角坐標系，機器人通過3D攝像頭掃視天花板獲取圖像信息并對其分析處理，實現全局定位以及導航。

【技術特征摘要】
1.一種基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，其特征在于，在天花板上安置紅綠藍三個顏色LED燈，并以天花板某一直角點為坐標原點，建立直角坐標系，機器人通過3D攝像頭掃視天花板獲取圖像信息并對其分析處理，實現全局定位以及導航。2.根據權利要求1所述的基于3D攝像機的機器人室內定位與導航方法，其特征在于，所述機器人設有單目視覺定位系統，單目視覺定位系統包括標記點模塊、圖像采集模塊、信息處理模塊、無線通信模塊和運動模塊，標記點模塊是在房間天花板上安置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林綠德，莊永軍，徐東群，文康益，
申請(專利權)人：旗瀚科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44