本發(fā)明專利技術公開了一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，包括視覺單元、云臺、控制裝置和行走輪，視覺單元安裝在云臺上，云臺安裝在控制裝置的上部，4個行走輪安裝在控制裝置的兩側，控制裝置包括運動機構、主板、運動距離測量機構、通信單元、第三方系統(tǒng)和定制光學標記，運動機構、運動距離測量機構和通信單元分別連接主板，第三方系統(tǒng)連接通信單元，定制光學標記連接第三方系統(tǒng)，本發(fā)明專利技術使用了紅外激光發(fā)射器、紅外濾光片、紅外被動反光標記組合的方式，可以有效排除環(huán)境的干擾；提高了實時性，降低了定位過程中的攝像頭使用量和計算量，降低定位技術難度，可在VR移動系統(tǒng)中實現(xiàn)定位產(chǎn)品量產(chǎn)化。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置及方法
本專利技術涉及機器人領域，具體涉及一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置及方法。
技術介紹
隨著機器人相關技術不斷在生產(chǎn)生活領域的應用，人們對機器人的交互功能需求越來越高，機器人跟隨技術是人機交互領域的重要組成部分，機器人跟隨技術在機器人家用、商用以及軍用多個領域都有重要的作用?，F(xiàn)有的專利技術專利CN105955251A涉及一種機器人的視覺跟隨控制方法及機器人，傳感器檢測單元檢測周圍環(huán)境獲取環(huán)境的深度數(shù)據(jù)圖，并將獲取的深度數(shù)據(jù)圖傳送給數(shù)據(jù)處理控制單元；數(shù)據(jù)處理控制單元接收到深度數(shù)據(jù)圖后對數(shù)據(jù)進行處理，獲取真實世界坐標系，對環(huán)境中的人和障礙物進行識別，并對跟隨目標進行骨架和動作識別和跟蹤，獲取執(zhí)行命令；運動執(zhí)行單元根據(jù)獲取的跟隨目標信息控制機器人對跟隨目標進行跟蹤，根據(jù)獲取的執(zhí)行命令對機器人進行控制，執(zhí)行所述命令。該專利技術可以快速識別跟隨目標，完成對多人環(huán)境中跟隨目標的有效辨識，在跟隨過程中根據(jù)跟隨目標的位置變化迅速做出反應，適應絕大多數(shù)的商用應用場景。但是使用在虛擬現(xiàn)實的空間定位，要求精度高、延時低、穩(wěn)定性高。往往只能通過在室內固定的位置架設攝像頭或激光發(fā)射器等，而且定位范圍有限、成本高。本專利技術的內容本專利技術的目的是為解決上述不足，提供一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置及方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，包括視覺單元、云臺、控制裝置和行走輪，視覺單元安裝在云臺上，云臺安裝在控制裝置的上部，4個行走輪安裝在控制裝置的兩側，控制裝置包括運動機構、主板、運動距離測量機構、通信單元、第三方系統(tǒng)和定制光學標記，運動機構、運動距離測量機構和通信單元分別連接主板，第三方系統(tǒng)連接通信單元，定制光學標記連接第三方系統(tǒng)。運動機構包括伺服電機和傳動機構，運動機構在預設的軌道上運行，所述軌道為滑軌、光學標記軌道、或者通過SLAM記錄的無形路徑。云臺能在前進和轉彎的過程中，保證視覺模塊的穩(wěn)定，從而保證體驗者的虛擬視角的穩(wěn)定和平滑。第三方系統(tǒng)為移動VR頭戴式顯示器、背負式主機和主機端頭戴式顯示器、需要被定位的游戲道具中的一種。視覺單元采集與體驗者的相對位置信息，結合運動距離測量進行計算，將體驗者相對于場地的絕對空間位置信息通過通信模塊發(fā)送給體驗者。一種為第三方提供空間定位信息的方法，具體方法如下：步驟201：基于雙目紅外視覺模塊的單光點標識定位計算在標定好的雙目視覺系統(tǒng)的相機鏡片上貼上紅外濾光片，過濾除標識點外的光點信息。通過雙目視覺系統(tǒng)拍攝的差異圖片，對匹配的光點標識進行三維空間的定位。其計算如下：設兩個鏡頭中心點的中點作為雙目系統(tǒng)的坐標原點，中心點距離為b；光軸方向為z軸正方向，左相機鏡頭中點到右相機鏡頭中點的方向為x軸正方向；相機設待測的光點標識三維坐標為(x,y,z)，設左右攝像機拍攝到的點在成像平面的坐標分別為(xl,yl)、(xr,yr)，兩個攝像機的焦距為f。根據(jù)相似三角形的性質可以知道：求解的步驟301：多點標識的目標旋轉計算由步驟一可以測量出多個光點的三維坐標.通過測量人體上四個不共面的光學標識的三維坐標可以確定人體相對于相機的的旋轉信息。具體方法如下：設被測量四個點A、B、C、D的齊次化坐標為：P'D＝(x1,y1,z1,1)，P'C＝(x2,y2,z2,1)，P'B＝(x3,y3,z3,1)，P'A＝(x4,y4,z4,1)。構建PD＝(0,0,0,1)，PC＝(|DC|,0,0,1)，PB＝(0,|DB|,0,1)，PA＝(0,0,|DA|,1)。設所求的旋轉信息有基于機器人坐標系的旋轉矩陣R2，偏移矩陣t2：P＝[R|t]3x4P'根據(jù)的旋轉關系，等式右邊代入測量點坐標，等式坐標代入對應的構建點的坐標，求解12條線性方程組即可求解旋基于機器人坐標系的轉矩陣和偏移矩陣的12個參數(shù)[R|t]3x4。步驟202：設計軌道根據(jù)具體場地，設定有向的連續(xù)軌道，軌道的高度是恒定的，以機器人的起始位置為世界坐標系的原點。機器人只能在設定的軌道上作沿著軌道向前或沿著軌道向后運動，其視覺平面始終垂直軌道的切線。機器人在軌道上的實時運動中，由于軌道是預設的，根據(jù)機器人在軌道的三維坐標在世界坐標系下的三維坐標為t1，和機器人和軌道切線的關系，可以知道其在世界坐標系下旋轉矩陣R1步驟302：移動跟隨設定機器人需要保持的相對距離r(t)；機器人實時測量與人的相對距離c(t)；通過PID控制器，計算差值e(t)＝r(t)-c(t)和調整量根據(jù)PID控制器的調整量，在預設定的軌跡上選擇向前或者向后運動，在實時測量的距離c(t)和設定距離r(t)的差值穩(wěn)定在可接受范圍內停止機器人的運動。步驟401：坐標系換算根據(jù)步驟301得出的目標在機器人坐標系的旋轉矩陣R2，偏移矩陣t2和步驟202得出的機器人在世界坐標下的旋轉矩陣R1，偏移矩陣t1，計算目標在世界坐標系的旋轉矩陣R和偏移矩陣t，即可確定目標在大型場景中的位置和旋轉。R＝R1R2本專利技術具有如下有益的效果：本專利技術使用了紅外激光發(fā)射器、紅外濾光片、紅外被動反光標記組合的方式，可以有效排除環(huán)境的干擾；降低區(qū)分人和環(huán)境算法、生成人體骨骼的運算時間，提高了實時性，降低了定位過程中的攝像頭使用量和計算量，降低定位技術難度，可在VR移動系統(tǒng)中實現(xiàn)定位產(chǎn)品量化。附圖說明圖1為本專利技術的機器人整體結構示意圖；圖2為本專利技術的機器人功能框圖；圖3為本專利技術的方法流程圖；圖4為本專利技術的雙目單點定位原理圖；圖5為本專利技術的多點標識的目標旋轉計算原理圖；圖6為本專利技術的場地的設定和抽象圖；圖7為本專利技術的相對距離PID控制圖；圖8為本專利技術的應用場景圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明：如圖1和圖2所示，一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，包括視覺單元1、云臺2、控制裝置9和行走輪10，視覺單元1安裝在云臺2上，云臺2安裝在控制裝置9的上部，4個行走輪10安裝在控制裝置9的兩側，控制裝置9包括運動機構3、主板4、運動距離測量機構5、通信單元6、第三方系統(tǒng)7和定制光學標記8，運動機構3、運動距離測量機構5和通信單元6分別連接主板4，第三方系統(tǒng)7連接通信單元6，定制光學標記8連接第三方系統(tǒng)7。運動機構3包括伺服電機和傳動機構，運動機構在預設的軌道上運行，所述軌道為滑軌、光學標記軌道、或者通過SLAM記錄的無形路徑。云臺2能在前進和轉彎的過程中，保證視覺模塊的穩(wěn)定，從而保證體驗者的虛擬視角的穩(wěn)定和平滑。第三方系統(tǒng)7為移動VR頭戴式顯示器、背負式主機和主機端頭戴式顯示器、需要被定位的游戲道具中的一種。視覺單元采集與體驗者的相對位置信息，結合運動距離測量進行計算，將體驗者相對于場地的絕對空間位置信息通過通信模塊發(fā)送給體驗者。一種為第三方提供空間定位信息的方法，方法流程如圖3所示：步驟201：基于雙目紅外視覺模塊的單光點標識定位計算在標定好的雙目視覺系統(tǒng)的相機鏡片上貼上紅外濾光片，過濾除標識點外的光點信息。通過雙目視覺系統(tǒng)拍攝的差異圖片，對匹配的光點標識進行三維空間的定位。其計算如下：如圖4，設兩個鏡頭中心點的中點作為雙目系統(tǒng)的坐標原點，中心點距離為b；光軸方向為z軸正方向本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，包括視覺單元、云臺、控制裝置和行走輪，其特征在于：視覺單元安裝在云臺上，云臺安裝在控制裝置的上部，4個行走輪安裝在控制裝置的兩側，控制裝置包括運動機構、主板、運動距離測量機構、通信單元、第三方系統(tǒng)和定制光學標記，運動機構、運動距離測量機構和通信單元分別連接主板，第三方系統(tǒng)連接通信單元，定制光學標記連接第三方系統(tǒng)。
【技術特征摘要】
1.一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，包括視覺單元、云臺、控制裝置和行走輪，其特征在于：視覺單元安裝在云臺上，云臺安裝在控制裝置的上部，4個行走輪安裝在控制裝置的兩側，控制裝置包括運動機構、主板、運動距離測量機構、通信單元、第三方系統(tǒng)和定制光學標記，運動機構、運動距離測量機構和通信單元分別連接主板，第三方系統(tǒng)連接通信單元，定制光學標記連接第三方系統(tǒng)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，其特征在于：所述的運動機構包括伺服電機和傳動機構，運動機構在預設的軌道上運行，所述軌道為滑軌、光學標記軌道、或者通過SLAM記錄的無形路徑。3.根據(jù)權利要求1所述的一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，其特征在于：所述的云臺能在前進和轉彎的過程中，保證視覺模塊的穩(wěn)定，從而保證體驗者的虛擬視角的穩(wěn)定和平滑。4.根據(jù)權利要求1所述的一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，其特征在于：所述的第三方系統(tǒng)為移動VR頭戴式顯示器、背負式主機和主機端頭戴式顯示器、需要被定位的游戲道具中的一種。5.根據(jù)權利要求1所述的一種為第三方提供空間定位信息的自跟隨機器人裝置，其特征在于：所述的視覺單元采集與體驗者的相對位置信息，結合運動距離測量進行計算，將體驗者相對于場地的絕對空間位置信息通過通信模塊發(fā)送給體驗者。6.一種為第三方提供空間定位信息的方法，其特征在于：具體方法如下：步驟201：基于雙目紅外視覺模塊的單光點標識定位計算在標定好的雙目視覺系統(tǒng)的相機鏡片上貼上紅外濾光片，過濾除標識點外的光點信息。通過雙目視覺系統(tǒng)拍攝的差異圖片，對匹配的光點標識進行三維空間的定位。其計算如下：設兩個鏡頭中心點的中點作為雙目系統(tǒng)的坐標原點，中心點距離為b；光軸方向為z軸正方向，左相機鏡頭中點到右相機鏡頭中點的方向為x軸正方向；相機設待測的光點標識三維坐標為(x,y,z)，設左右攝像機拍攝到的點在成像平面的坐標分別為(xl,yl)、(xr,yr)，兩個攝像機...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：周言明，黃昌正，陳曦，
申請(專利權)人：廣州幻境科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44
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