机器人的导航控制方法
【专利摘要】本发明涉及控制系统，公开了一种机器人的导航控制方法。本发明中，通过周期性地获取位于机器人前方的路面图像，检测获取的路面图像中是否存在地面标志，并根据地面标志存在与否的检测结果分两种情况计算机器人的位置和方向，进而再根据计算的位置和方向，控制所述机器人的行走方向和速度。降低了机器人的制造成本，而且坐标系的位置检测以及航位推测法的位置检测都是相对红外检测更为精准的位置计算方式，从而保证了对机器人行进路线的精准控制。另外，由于针对是否能检测到地面标志，分两种情况进行处理，可使得获取路面图像的周期时长不受限制，从而保证了对机器人行进方向与位置的实时计算。
【专利说明】机器人的导航控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制系统，特别涉及机器人的行走控制系统。
【背景技术】
[0002]现有的群体机器人的控制系统如图1所示，在该框架中，一般是把任务调度和任务分配模块在服务器上实现，在机器人本身的计算机上实现路径规划、运动控制、障碍物避让等功能。比如，通过机器人本身的传感器探测地图的变化、障碍物的存在及运动，并使用机器人自身的计算机计算行进的路线。机器人之间通过无线网络互相通信，根据需要分享相互之间的位置、速度、姿态、及探测到的障碍物信息等。
[0003]为了保证机器人按照规划的路线行走，通常需要在机器人中设计一个用于测距的红外线检测模块，通过该模块对外界物体的测距，控制机器人的行走。
[0004]然而，在上述方案中，不但需要对机器人增设红外线检测模块，导致机器人的制造成本上升。而且，仅根据对外界物体的测距控制机器人的行走，也无法保证其行进路线的准确性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种机器人的导航控制方法，不但可以降低机器人的制造成本，同时保证了对机器人行进路线的精准控制。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种机器人的导航控制方法，包含以下步骤:
[0007]机器人在根据制定的导航指令进行行走的过程中，周期性地获取位于机器人前方的路面图像；
[0008]在每一次获取到所述路面图像后，检测所述路面图像中是否存在地面标志；
[0009]如果存在所述地面标志，则根据以路面图像建立的坐标系，计算所述机器人的位置和方向；如果不存在所述地面标志，则根据航位推测法计算所述机器人的位置和方向；
[0010]所述机器人根据所述计算的位置和方向，控制所述机器人的行走方向和速度。
[0011]本发明实施方式相对于现有技术而言，通过周期性地获取位于机器人前方的路面图像，检测获取的路面图像中是否存在地面标志，并根据地面标志存在与否的检测结果分两种情况计算机器人的位置和方向，进而再根据计算的位置和方向，控制所述机器人的行走方向和速度。由于是利用了存在于地面上的地面标志，进行机器人当前位置和方向(姿态)的计算，因此无需对机器人增设红外线检测模块，降低了机器人的制造成本，而且坐标系的位置检测以及航位推测法的位置检测都是相对红外检测更为精准的位置计算方式，从而保证了对机器人行进路线的精准控制。另外，由于针对是否能检测到地面标志，分两种情况进行处理，可使得获取路面图像的周期时长不受限制，从而保证了对机器人行进方向与位置的实时计算。
[0012]优选地，在根据以路面图像建立的坐标系，计算所述机器人的位置和方向时，以所述路面图像的垂直方向为X轴方向，水平方向为y轴方向，建立坐标系；在建立的所述坐标系中，获取所述所述机器人的中心点K和所述地面标志的中心点T ;判断所述K的y轴坐标与所述T的y轴坐标是否相同，如果相同，则判定所述机器人的行走方向未发生偏移；如果不相同，则判定所述机器人的行走方向发生偏移，计算所述机器人偏移的距离χ和角度Θ。在检测到地面标志的情况下，进一步根据路面图像的中轴线和地面标志的中轴线是否一致，判断机器人的行走方向是否发生偏移，计算简单，简化了机器人的运算负荷。
[0013]优选地，在根据航位推测法计算机器人的位置和方向时，根据以下公式计算机器人偏移的距离X和角度Θ:
【权利要求】
1.一种机器人的导航控制方法，其特征在于，包含以下步骤: 机器人在根据制定的导航指令进行行走的过程中，周期性地获取位于机器人前方的路面图像； 在每一次获取到所述路面图像后，检测所述路面图像中是否存在地面标志； 如果存在所述地面标志，则根据以路面图像建立的坐标系，计算所述机器人的位置和方向；如果不存在所述地面标志，则根据航位推测法计算所述机器人的位置和方向； 所述机器人根据所述计算的位置和方向，控制所述机器人的行走方向和速度。
2.根据权利要求1所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述根据以路面图像建立的坐标系，计算所述机器人的位置和方向的步骤中，包含以下子步骤: 以所述路面图像的垂直方向为χ轴方向，水平方向为y轴方向，建立坐标系； 在建立的所述坐标系中，获取所述机器人的中心点K和所述地面标志的中心点T ； 判断所述K的y轴坐标与所述T的y轴坐标是否相同，如果相同，则判定所述机器人的行走方向未发生偏移；如果不相同，则判定所述机器人的行走方向发生偏移，计算机器人偏移的距离χ和角度Θ。
3.根据权利要求2所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述计算机器人偏移的距离和角度的步骤中，包含以下子步骤:
将所述地面标志左上、右上、左下、右下的四个顶点分别设为E(x1; Y1)，F(x2，y2)，G(x3,y3)，H(X4, y4)； 所述机器人偏移的角度Θ根据以下公式获取:
以1、J、K作为3个顶点构建三角形，其中，所述1、J的坐标分别为:
计算所述顶点K到边IJ的高，并将计算的高作为机器人偏移的距离χ。
4.根据权利要求1所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述根据航位推测法计算机器人的位置和方向的步骤中，根据以下公式计算机器人偏移的距离χ和角度Θ:
其中，所述Vtl表示机器人的行进速度；所述r表示机器人左右侧的轮距；所述Qtl表示最近一次根据以路面图像建立的坐标系，计算到的机器人的偏移角度；所述Xtl表示最近一次根据以路面图像建立的坐标系，计算到的机器人的偏移距离；所述Λ V表示根据最近一次以路面图像建立的坐标系，计算到的机器人的偏移角度和偏移距离，在机器人的两个轮子上施加的纠正偏差的控制量，所述dt表示对时间的积分。
5.根据权利要求1所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述控制所述机器人的行走方向和速度的步骤中，包含以下子步骤: 根据计算的机器人偏移的距离X和角度Θ计算纠正偏差的控制量Λ V ； 将所述Λ V的一半，分别以加减的方式与机器人的行走速度相叠加，得到分别分配给所述机器人左右两个电机的控制量，完成所述机器人的行走方向和速度的同时控制。
6.根据权利要求5所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述机器人的行走速度采用比例-积分-微分PID的控制算法获取。
7.根据权利要求5所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，根据以下公式计算所述纠正偏差的控制量Λ V:
Δ V = -1c1X-1i2 Θ 其中，所述h和k2表示预先设置的正参数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述地面标志为位于正方形外框内的二维码标签，所述二维码标签记录该地面标志所在栅格的编号信息；其中，所述栅格为对室内进行栅格化后得到的各栅格，每个栅格按行列进行编号，得到所述编号信息，所述编号信息为二维数组。
9.根据权利要求8所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述地面标志固定在所在栅格的中心。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人的导航控制方法，其特征在于，所述周期性地获取位于机器人前方的路面图像的步骤中，所述机器人利用自身携带的摄像头周期性地拍摄前方路面，得到所述路面图像。
【文档编号】G05D1/02GK104181926SQ201410476309
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】朱珍伟, 袁洪良, 赵平 申请人:上海畔慧信息技术有限公司