专利名称：基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于移动机器人技术领域，尤其是一种基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统。
背景技术：
目前，二维码定位方式逐渐应用于移动机器人定位系统中。其应用方法通常是:利用二维码(QR码)的硬件特性:三个顶角的位置探测图形读取、计算出二维码四个顶点坐标和中心点坐标，进而计算出小车和二维码之间的姿态偏差；通过对二维码的数据区写入数据(如二维码的绝对坐标)，并进行解码，从而计算小车和二维码的绝对位置偏差。上述方法在定位被测物体的方向或姿态上比传统视觉定位的图像处理方法有着非常明显的进步，但是，由于二维码(QR码)定位仍然属于图像处理的范畴，仍然摆脱不了视觉定位的种种条件限制，没有从根本上实现突破，尽管可以利用图形探测区的数据高效率地定位移动移动机器人小车的方向，但是，对于二维码数据区的解码效果往往不尽人意。由于二维码定位精度受光源的照度、码本身的清晰度，相机视野的影响，常常出现数据区的数据解码解不出来的现象，在被测的二维码中，近三分之一的二维码虽然能够正确返回三个顶点坐标，但是，数据区解码失败。解码失败原因和二维码(QR码)的结构有关:二维码(QR码)是由N行N列个基本图形模块组成的，根据不同版本，分别从21X21到7X7 —个模块，其中三个顶角的位置探测图形在二维码中占有很大的比例，最多占整个二维码面积的二分之一。位置探测区域以外，是由基本数据模块组成的数据区，用来存储数据，由于一个位置探测图形是由8个基本数据模块组成，和基本数据模块相比，比例悬殊，在图像扫描中比较容易被识别，因此，三个顶点的数据常常容易被采集和成功解码，由于数据区域的基本数据模块面积远远小于二维码三个顶角的位置探测图·形面积，当光源照度弱、码的清晰度差、相机视野欠佳时，面积越小，识别率越低、清晰度越差，因此二维码数据区的解码效率远远低于三个顶角的位置探测图形的解码效率，所以才经常出现近三分之一的二维码其数据区解码解不出来的问题。针对二维码数据区解码问题，长期以来，人们总是从围绕二维码的环境因素上去考虑解决问题的方法，想方设法通过增加光源照度、提高二维码清晰度，寻找最佳的相机视野来提高二维码数据区解码效率，但无论怎样都效果甚微，不能产生实质性的突破，其原因就是思维的局限性，不能跳出二维码的视野去想问题。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、解码准确率高且定位精确的基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:一种基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，包括安装在移动机器人小车上的规则图形码定位控制器、规则图形码读码器、射频标签读码器以及分布于地面上的规则图形码复合标签，该规则图形码复合标签由通过计算得到其中心点和方向的规则图形码标签和RFID标签复合构成，规则图形码定位控制器与规则图形码读码器、射频标签读码器相连接，用于控制规则图形码读码器和射频标签读码器进行规则图形码图像读取、RFID位置信息采集并实现移动机器人的精确定位功能。而且，所述的规则图形码标签和RFID标签复合方式为:上下重叠式摆放或并列式摆放。而且，所述的规则图形码标签由一个或多个位置探测图形构成；所述的规则图形码标签为正方形、圆形、三角形或长方形，所述的位置探测图形为正方形、圆形、三角形或长方形。而且，所述的规则图形码标签用于计算规则图形的方向和中心点，所述的RFID射频标签用于设置规则图形码标签的绝对值坐标。而且，所述的规则图形码定位控制器由微处理器、编码器和通信接口连接构成，该微处理器与编码器相连接用于检测移动机器人的运行速度，该微处理器通过通信接口与规则图形码读码器、射频标签读码器相连接。而且，所述的通信接口为网络接口、USB接口或者1394接口 ；所述的规则图形码读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的摄像头；所述的射频标签读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的RFID射频标签读码器。本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型充分利用规则图形码标签和射频标签的不同特性以及它们尺寸相同和中心点相同的共性，所采用的规则图形码复合标签吸取了二维码(QR码)在计算方向和中心点方面的优势和特点，并在此基础上发扬光大:其外形的多样化和内部图形组合的多样化对比二维码(QR码)都更具灵活性、拓展性、简洁性；规则图形码复合标签还通过集成RFID射频标签的方法弥补了二维码(QR码)应用于AGV解码时的不足，有效提高了规则图形码复合标签的解码效率，克服了机器人视觉定位采用单一技术所不能逾越的鸿沟，从根本上跨越了视觉定位技术领域天然的技术屏障，消除了人们长期以来用单一技术解决视觉定位问题的偏见和思想禁锢，有效地解决了视觉定位系统过于复杂，难于实现精确定位的问题。
图1为本实用新型的系统连接示意图；图2-1为由3个长方形探测图形组成的规则图形标签；图2-2为由3个三角形形探测图形组成的规则图形标签；图2-3为由3个圆形探测图形组成的规则图形标签；图2-4为由3个正方形探测图形组成的规则图形标签；图3-1是由I个非等边直角三角形探测图形组成的标签；图3-2 是由I个等腰直角三角形探测图形组成的规则图形标签；图3-3是由I个由非等腰直角梯形探测图形组成的规则图形标签；图4为前后摆放的规则图形码复合标签示意图；图5为规则图形码定位控制器内部处理过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述:一种基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，如图1所示，包括安装在移动机器人小车上的规则图形码定位控制器、规则图形码读码器、射频标签读码器以及分布于地面上的规则图形码复合标签，规则图形码定位控制器通过规则图形码读码器、射频标签读码器读取一定数量的规则图形码复合标签实现对移动机器人的精确引导功能。本移动机器人定位系统为三层系统结构，第一层为安装在移动机器人上的规则图形码定位控制器，该规则图形码定位控制器由编码器、微处理器和通信接口连接构成，该微处理器与编码器相连接用于检测移动机器人的运行速度，该微处理器通过通信接口与至少一个规则图形码读码器、至少一个射频标签读码器相连接，用于控制规则图形码读码器和射频标签读码器进行规则图形读取、RFID位置信息采集与处理并实现移动机器人的精确定位功能，所述的通信接口为网络接口、USB接口或者1394接口。第二层为安装在移动机器人上的读码器层，读码器层包括规则图形读吗器和射频标签读码器，该规则图形码读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的摄像头，用于读取规则图形码复合标签中的规则图形信息并传送给规则图形码定位控制器；该射频标签读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的RFID射频标签读码器，用于读取规则图形码复合标签中的RFID位置信息并传送给规则图形码定位控制器。第三层为安装在地面上的规则图形码复合标签，该规则图形码复合标签由可以通过计算得到其中心点和方向的规则图形码标签和RFID标签复合构成；所述的规则图形码可以由I个或多个位置探测图形组成；所述的规则图形码和位置探测图形被定义为:通过计算，可以用来判断中心点和角度的所有图形码和图形。本发明的 规则图形码复合标签结构示意图，如图2-1、图2-2、图2-3、图2_4、图3-1、图3-2、图3-3所示，规则图形码标签不限于方形，也可以是圆形、三角形或长方形或其它通过计算可以得到中心点和方向的规则图形码标签；位置探测图形也不限于方形:也可以是圆形、三角形或长方形或其它通过计算可以得到中心点和方向的规则图形；如图2-1中的长方形码以及方形码中的长方形位置探测图形，图2-3中的圆形码以及圆形码中的三角形位置探测图形、图2-2中的三角形码以及三角形码中的圆形位置探测图形，如2-4中的正方形码以及正方形码中的正方形位置探测图形。本实施例优选方形码。所述的规则图形码可以由I个或多个位置探测图形组成:图3-1是由I个非等边直角三角形探测图形组成的标签；图3-2是由I个等腰直角三角形探测图形组成的规则图形标签；图3-3是由I个由非等腰直角梯形探测图形组成的规则图形标签；图2-1为由3个长方形探测图形组成的规则图形标签，图2-2为由3个三角形形探测图形组成的规则图形标签，图2-3为由3个圆形探测图形组成的规则图形标签；图2-4为由3个正方形探测图形组成的规则图形标签。如图4所示，规则图形码复合标签摆放方式可以是上下重叠式的摆放，也可以是并列式的摆放，本实施例优选为上下重叠式的摆放:即规则图形复合标签的尺寸和中心点相同，上层为规则图形码标签，下层为RFID标签。本定位系统主要由规则图形码定位控制器设置的定位控制软件来实现定位功能，该定位控制器的处理过程如图5所示，规则图形码定位控制器同时向规则图形码读码器、射频标签读码器发送采集命令，规则图形码读码器、射频标签读码器分别采集规则图形信息和RFID位置信息并返回为规则图形码定位控制器，最后由规则图形码定位控制器进行定位处理。通过摄像头和规则图形码定位小车坐标系下移动机器人小车相对于规则图形码的位置和姿态，通过射频标签读码器读取RFID的绝对坐标，进而定位规则图形码复合标签在世界坐标系下的位置和姿态，最后将上述数据附加到一起，最终获得了移动机器人小车在世界坐标系下的位置和姿态，从而实现了对移动机器人的精确定位功能。需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其 他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其特征在于:包括安装在移动机器人小车上的规则图形码定位控制器、规则图形码读码器、射频标签读码器以及分布于地面上的规则图形码复合标签，该规则图形码复合标签由通过计算得到其中心点和方向的规则图形码标签和RFID标签复合构成，规则图形码定位控制器与规则图形码读码器、射频标签读码器相连接，用于控制规则图形码读码器和射频标签读码器进行规则图形码图像读取、RFID位置信息采集并实现移动机器人的精确定位功能。
2.根据权利要求1所述的基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其特征在于:所述的规则图形码标签和RFID标签复合方式为:上下重叠式摆放或并列式摆放。
3.根据权利 要求2所述的基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其特征在于:所述的规则图形码标签由一个或多个位置探测图形构成；所述的规则图形码标签为正方形、圆形、三角形或长方形，所述的位置探测图形为正方形、圆形、三角形或长方形。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其特征在于:所述的规则图形码标签用于计算规则图形的方向和中心点，所述的RFID射频标签用于设置规则图形码标签的绝对值坐标。
5.根据权利要求1所述的基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其特征在于:所述的规则图形码定位控制器由微处理器、编码器和通信接口连接构成，该微处理器与编码器相连接用于检测移动机器人的运行速度，该微处理器通过通信接口与规则图形码读码器、射频标签读码器相连接。
6.根据权利要求1所述的基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其特征在于:所述的通信接口为网络接口、USB接口或者1394接口 ；所述的规则图形码读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的摄像头；所述的射频标签读码器为具有网络接口、USB接口或者1394接口的RFID射频标签读码器。
专利摘要本实用新型涉及一种基于规则图形码复合标签的移动机器人定位系统，其主要技术特点是包括安装在移动机器人小车上的规则图形码定位控制器、规则图形码读码器、射频标签读码器以及分布于地面上的规则图形码复合标签,该复合标签由规则图形码标签和RFID标签复合构成，规则图形码定位控制器与规则图形码读码器、射频标签读码器相连接，用于控制规则图形码读码器和射频标签读码器进行规则图形码图像读取、RFID位置信息采集并实现移动机器人的精确定位功能。本实用新型设计合理，有效地将规则图形码标签和射频标签的特性结合在一起，实现了对移动机器人小车的精确定位功能，提高了移动机器人小车的定位效率。
文档编号G06K7/00GK203149585SQ20132002431
公开日2013年8月21日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者刘征 申请人:无锡普智联科高新技术有限公司