基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法
【專利摘要】一種基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法，涉及移動機器人【技術領域】，所解決的是降低定位實現(xiàn)成本，及提高定位精度的技術問題。該方法先在移動機器人工作區(qū)域內設定多個定位點，再將每個定位點的坐標編譯成二維的數(shù)據(jù)矩陣碼后印制成定位標簽，并將各個定位點的定位標簽張貼在天花板上；移動機器人利用相機獲取天花板上的定位標簽圖像，再根據(jù)定位標簽圖像在相機自身圖像坐標系中的坐標，計算出相機與定位標簽之間的相對坐標，并結合定位標簽中的數(shù)據(jù)矩陣碼所標示的定位點的坐標，計算出移動機器人當前位置點的具體坐標。本發(fā)明提供的方法，適用于移動機器人的移動定位。
【專利說明】基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及移動機器人技術，特別是涉及一種基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法的技術。
【背景技術】
[0002]使用標簽定位是移動機器人定位的主要方法之一，現(xiàn)有采用標簽定位的移動機器人定位方法主要有以下幾種:
[0003]I)使用射頻識別技術(RFID)實現(xiàn)定位，在這種使用射頻識別技術實現(xiàn)移動機器人定位的方法中，一系列的射頻識別標簽被安置在應用環(huán)境的地板或者天花板上，然后對它們的安裝位置進行校準，安置在機器人上的射頻識別讀碼器經(jīng)過這些標簽時會識別出相應的標簽并根據(jù)標簽的位置進行自身的定位。盡管射頻識別標簽的造價低廉，但是使用射頻識別方法需要專門制作特定的讀碼器和標簽，其實現(xiàn)成本還是相對較高，而且在識別過程中讀碼器相對于標簽的位置與角度信息并不能直接獲得，其定位精度也較低。
[0004]2)基于紅外線的定位方法,韓國公司Hagisonic生產(chǎn)的Stargazer傳感器是基于紅外線實現(xiàn)定位的一個代表作，它是以紅外線發(fā)射器去照射事先安裝在天花板上的被動型標簽，然后使用一個CMOS照相機去解析從標簽上返回的紅外圖像，這種定位方法需要專門制作特定的傳感器及紅外線發(fā)射/接收裝置，其實現(xiàn)成本較高，整個系統(tǒng)的售價超過I千美元，已經(jīng)超過了市場上很多小型移動機器人的售價，而且安裝也相對較復雜。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種實現(xiàn)成本低，定位精度高的基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法。
[0006]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0007]先為移動機器人工作區(qū)域設定一個用于標示地面位置點的地面坐標系，并在移動機器人工作區(qū)域內設定多個定位分區(qū)，在每個定位分區(qū)內設定一個定位點，在移動機器人上安置一個鏡頭朝上的相機；
[0008]再將每個定位點在地面坐標系中的坐標編譯成二維的數(shù)據(jù)矩陣碼，并印制在標簽上，從而得到各個定位點的定位標簽；
[0009]再將每個定位點的定位標簽張貼在該定位點所屬定位分區(qū)正上方的天花板上；
[0010]移動機器人位于一個定位分區(qū)內時，利用相機獲取該定位分區(qū)的定位點的定位標簽圖像，再根據(jù)該定位標簽圖像在相機自身圖像坐標系中的坐標，計算出相機與該定位標簽之間的位置關系，并從該定位標簽圖像中提取出定位點的數(shù)據(jù)矩陣碼，將所提取的數(shù)據(jù)矩陣碼轉換為定位點在地面坐標系中的坐標之后，結合相機與該定位標簽之間的位置關系，計算出移動機器人當前位置點在地面坐標系中的具體坐標，相機與定位標簽之間的位置關系是指:相機當前位置點與定位標簽之間的水平間距，及相機當前位置點在地面坐標系中的坐標方位角。
[0011]進一步的，所述定位標簽上還印制有定位圖案，及用于標示數(shù)據(jù)矩陣碼的行列數(shù)的交替圖案；
[0012]所述數(shù)據(jù)矩陣碼由黑白兩種方塊構成，且兩種方塊的形狀一致，數(shù)據(jù)矩陣碼中的各個方塊排列成二維的矩陣形狀；
[0013]所述定位圖案是具有兩條直邊的黑色L形圖案，其中的一條直邊為定位圖案的橫邊，另一條直邊為定位圖案的縱邊，定位圖案具有三個標簽基準點，其中的一個標簽基準點為主基準點，另兩個標簽基準點副基準點，其中的主基準點位于兩條直邊的接合部，兩個副基準點分別位于兩條直邊的自由端；
[0014]所述交替圖案是具有兩條直邊的由黑白兩種方塊交替排列而成的L形圖案，其中的一條直邊為交替圖案的橫邊，另一條直邊為交替圖案的縱邊，交替圖案中的每個方塊的形狀均與數(shù)據(jù)矩陣碼的方塊形狀一致，交替圖案與定位圖案圍合成一個矩形框，所述數(shù)據(jù)矩陣碼印制在由定位圖案與交替圖案圍合成的矩形框內，交替圖案中，除兩條直邊接合部的方塊外，橫邊上的每一個方塊標示數(shù)據(jù)矩陣碼的一個方塊列，縱邊上的每一個方塊標示數(shù)據(jù)矩陣碼的一個方塊行，從定位標簽圖像中提取出定位點的數(shù)據(jù)矩陣碼后，根據(jù)交替圖案所標示的行列數(shù)對數(shù)據(jù)矩陣碼進行解碼。
[0015]進一步的，計算相機與定位標簽之間位置關系的方法如下:先從定位標簽圖像中提取定位圖案，并獲取定位圖案的三個標簽基準點在相機圖像坐標系中的坐標，再結合相機圖像坐標系中的原點的坐標及相機的數(shù)學模型，計算出相機與定位標簽之間的位置關系O
[0016]進一步的，每個定位標簽中，定位圖案的橫邊、縱邊分別與地面坐標系的橫坐標軸、縱坐標軸平行；
[0017]相機自身坐標系的橫坐標軸、縱坐標軸分別與機器人自身坐標系的橫坐標軸、縱坐標軸平行；
[0018]計算移動機器人當前位置點在地面坐標系中具體坐標的計算公式如下:
【權利要求】
1.一種基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法，其特征在于，具體步驟如下: 先為移動機器人工作區(qū)域設定一個用于標示地面位置點的地面坐標系，并在移動機器人工作區(qū)域內設定多個定位分區(qū)，在每個定位分區(qū)內設定一個定位點，在移動機器人上安置一個鏡頭朝上的相機； 再將每個定位點在地面坐標系中的坐標編譯成二維的數(shù)據(jù)矩陣碼，并印制在標簽上，從而得到各個定位點的定位標簽； 再將每個定位點的定位標簽張貼在該定位點所屬定位分區(qū)正上方的天花板上； 移動機器人位于一個定位分區(qū)內時，利用相機獲取該定位分區(qū)的定位點的定位標簽圖像，再根據(jù)該定位標簽圖像在相機自身圖像坐標系中的坐標，計算出相機與該定位標簽之間的位置關系，并從該定位標簽圖像中提取出定位點的數(shù)據(jù)矩陣碼，將所提取的數(shù)據(jù)矩陣碼轉換為定位點在地面坐標系中的坐標之后，結合相機與該定位標簽之間的位置關系，計算出移動機器人當前位置點在地面坐標系中的具體坐標，相機與定位標簽之間的位置關系是指:相機當前位置點與定位標簽之間的水平間距，及相機當前位置點在地面坐標系中的坐標方位角。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法，其特征在于:所述定位標簽上還印制有定位圖案，及用于標示數(shù)據(jù)矩陣碼的行列數(shù)的交替圖案； 所述數(shù)據(jù)矩陣碼由黑白兩種方塊構成，且兩種方塊的形狀一致，數(shù)據(jù)矩陣碼中的各個方塊排列成二維的矩陣形狀； 所述定位圖案是具有兩條直邊的黑色L形圖案，其中的一條直邊為定位圖案的橫邊，另一條直邊為定位圖案的縱邊，定位圖案具有三個標簽基準點，其中的一個標簽基準點為主基準點，另兩個標簽基準點副基準點，其中的主基準點位于兩條直邊的接合部，兩個副基準點分別位于兩條直邊的自由端； 所述交替圖案是具有兩條直邊的由黑白兩種方塊交替排列而成的L形圖案，其中的一條直邊為交替圖案的橫邊，另一條直邊為交替圖案的縱邊，交替圖案中的每個方塊的形狀均與數(shù)據(jù)矩陣碼的方塊形狀一致，交替圖案與定位圖案圍合成一個矩形框，所述數(shù)據(jù)矩陣碼印制在由定位圖案與交替圖案圍合成的矩形框內，交替圖案中，除兩條直邊接合部的方塊外，橫邊上的每一個方塊標示數(shù)據(jù)矩陣碼的一個方塊列，縱邊上的每一個方塊標示數(shù)據(jù)矩陣碼的一個方塊行，從定位標簽圖像中提取出定位點的數(shù)據(jù)矩陣碼后，根據(jù)交替圖案所標示的行列數(shù)對數(shù)據(jù)矩陣碼進行解碼。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法，其特征在于，計算相機與定位標簽之間位置關系的方法如下:先從定位標簽圖像中提取定位圖案，并獲取定位圖案的三個標簽基準點在相機圖像坐標系中的坐標，再結合相機圖像坐標系中的原點的坐標及相機的數(shù)學模型，計算出相機與定位標簽之間的位置關系。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于數(shù)據(jù)矩陣碼的移動機器人定位方法，其特征在于:每個定位標簽中，定位圖案的橫邊、縱邊分別與地面坐標系的橫坐標軸、縱坐標軸平行； 相機自身坐標系的橫坐標軸、縱坐標軸分別與機器人自身坐標系的橫坐標軸、縱坐標軸平行； 計算移動機器人當前位置點在地面坐標系中具體坐標的計算公式如下:
【文檔編號】G01C21/00GK103994762SQ201410158844
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權日:2014年4月21日
【發(fā)明者】劉冰冰, 伍小軍 申請人:劉冰冰, 伍小軍