视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人定位技术领域，特别是涉及到一种送餐机器人室内定位系统。
【背景技术】
[0002]随着劳动力成本的提升和技术发展而带来的机器人技术的发展，机器人技术被越来越多的应用于日常生活中，而室内机器人在当中占有很大的比例，室内运行的移动机器人，既要知道自身坐标，又要知道目标点的坐标，这完全依赖于定位系统。室内一般并非开阔场地，并可能存在人与其他等实时移动的物体，这就对机器人的室内定位系统提出了比较高的要求。
[0003]目前，已经出现了许多针对机器人的室内定位系统，有通过在地面铺设磁性路标的系统，此类系统需要对地面做出改造，工程量比较大，而且机器人只能像火车一样在指定的路线行走，灵活性较差;有通过激光雷达传感器与IMU单元融合的定位系统，此系统虽然相对磁性路标系统有很大的灵活性，但是由于高精度IMU系统复杂，只用于军用系统中，而民用的IMU精度一般，且会积累误差，长期使用后会导致精度下降。目前还没有出现能比较好用于送餐机器人的室内定位系统。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，在不对餐厅设施进行改造的情况下，通过简单的标定手段，即可完成机器人在餐厅中的定位，在快速部署机器人的同时，也降低了生产成本，有利于搭载本室内定位系统的机器人的大规模推广。
[0005]视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，其特征是:包括视觉传感器、激光测距传感器、驱动转轴、控制器，所述视觉传感器和激光测距传感器的输入端均与驱动转轴的输出端连接，视觉传感器和激光测距传感器的输出端与控制器连接;所述控制器的输出端与驱动转轴的输入端连接，控制器内部设置有信号处理单元和存储单元。
[0006]所述视觉传感器采集的图像信号和所述激光测距传感器采集的距离信号均由控制器内部设置的信号处理单元处理。
[0007]所述激光测距传感器为一维激光测距传感器。
[0008]通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果:一种视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统及定位方法，在不对餐厅设施进行改造的情况下，通过简单的标定手段，即可完成机器人在餐厅中的定位，在快速部署机器人的同时，也降低了生产成本，有利于搭载本室内定位系统的机器人的大规模推广。
[0009]本实用新型的进一步有益效果在于:
[0010]1、激光测距传感器采用一维激光测距传感器响应速度快，成本低；且通过激光测距传感器和视觉传感器结合的旋转扫描来完成一维距离到二维平面中的点的转换，操作简单。
[0011]2、视觉技术成熟可靠，并且微电子技术的高速发展使具有视觉处理能力的数字信号处理器成本大大降低，利用移动平台处理视觉信号成为可能。
[0012]3、在送餐机器人定位系统进行扫描时，利用室内已经存在的标志物作为参考点，不需要再投入巨大资源对环境做改造。
[0013]4、一次扫描即可完美记录参考点，从而计算坐标，部署速度大大提高。
[0014]5、通过视觉信号来校验距离信号，解决了室内定位系统中测距传感器容易被移动物体干扰造成误判的问题。
【附图说明】
[0015]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明:
[0016]图1为本实用新型示视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统示意图。
[0017]图2为本实用新型示视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统餐厅标定坐标点示意图。
[0018]图中1-视觉传感器、2-激光测距传感器、3-驱动转轴、4-控制器、5-参考点A、6_参考点B、7-参考点C、8-送餐机器人。
【具体实施方式】
[0019]一种视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，如图1所示，包括视觉传感器1、激光测距传感器2、驱动转轴3、控制器4，所述视觉传感器I和激光测距传感器2的输入端均与驱动转轴3的输出端连接，视觉传感器I和激光测距传感器2的输出端与控制器4连接;所述控制器4的输出端与驱动转轴3的输入端连接，控制器4内部设置有信号处理单元和存储单元。
[0020]视觉与测距融合的送餐机器人室内定位方法，如图2所示，包括以下步骤，
[0021]步骤一、启动送餐机器人，同时启动权利要求所述的定位系统，激光测距传感器和视觉传感器在转轴的驱动下匀速转动，在扫描中，控制器进行记录送餐机器人与周边障碍物的距离，同时采集了周边障碍物的图像，每个障碍物的图像信号发送至控制器处理后，筛选并记录特征图像，控制器建立图像特征与图像距离相对应的数据库；
[0022]步骤二、控制器将所述步骤一中采集的数据库内部的数据进行筛选，选取特征点A、B、C作为参考点A、参考点B、参考点C，送餐机器人与其距离分别为a，b，c;控制器内部自动对参考点A、参考点B、参考点C相对于送餐机器人的距离a、b、c进行存储记录;完成定位系统坐标相对于参考点A、参考点B、参考点C的标定；
[0023]步骤三、重复所述步骤一和步骤二，将餐厅室内的点进行标定，在控制器内建立餐厅室内坐标的数据点云图，完成餐厅室内障碍物坐标点的标定；
[0024]步骤四、根据所述步骤三建立的数据点云图，启动送餐机器人进行送餐服务，送餐机器人运行中通过旋转扫描的视觉传感器和激光测距传感器再次扫描周围障碍物时，周围障碍物的距离与图像信息再次被采集，采集到的参考点信息通过模糊处理技术与控制器内已经存储的信息进行对比，图像信息与距离信息均与存储信息相同，定位成功，按控制器采集的数据路径行走。
[0025]驱动转轴3驱动可以旋转用于扫描的视觉传感器I和激光测距传感器2。视觉传感器I负责在扫描中采集图像，激光测距传感器2负责在扫描中测量机器人与障碍物之间的距离。视觉传感器I获得图像信号，激光测距传感器2获得距离信号，控制器4负责控制驱动转轴3运转，处理激光测距传感器2和视觉传感器I的信号。
[0026]本实用新型工作过程如下，定位开始前，系统先进行一次标定。送餐机器人8首先进行扫描，激光测距传感器2和视觉传感器I在驱动转轴3的驱动下匀速转动，在扫描中，控制器4记录了与周边障碍物的距离，同时采集了周边障碍物的图像，每个障碍物的图像经过控制器4处理后，筛选出明显特征并记录，控制器建立图像特征与图像距离的一一对应。系统进行筛选，选取有在视觉上易于区分，具有明显轮廓和明显颜色特征的A，B，C作为参考点A5，参考点B6，参考点C7，送餐机器人8此时与其距离分别为a，b，c。此时即完成了送餐机器人8坐标相对于参考点A5，参考点B6，参考点C7的标定。如此重复扫掠，将室内的点进行标定，最终依靠控制器4强大的数据处理能力建立室内坐标的点云图。
[0027]定位工作过程如下所叙述，当送餐机器人8在运行中通过旋转扫描的视觉传感器I和激光测距传感器2再次扫描周围障碍物时，周围障碍物的距离与图像信息再次被采集，当参考点A5,参考点B6，参考点C7的信息通过模糊处理技术与控制器4已经存储的信息进行对比时，如果图像信息与距离信息均与存储信息相同，即定位系统与参考点A5,参考点B6，参考点C7的距离分别为a，b，c，则送餐机器人8位于之前通过参考点A5，参考点B6，参考点C7完成定位的点之上，定位成功。
[0028]通过多设立参考点，增强模糊处理，系统能完成精确定位。
[0029]当有移动障碍物进入视野时，定位系统可以通过视觉传感器I与激光测距传感器2相结合，剔除动态目标。方法如下:当视觉传感器I采集到非标定图像时，若激光测距传感器2的数据对应两次不同的距离，控制器4在减去自身坐标后，若非标定图像相对送餐机器人8距离仍然不相同，则非标定图像为运动障碍物。
【主权项】
1.视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，其特征是:包括视觉传感器(I)、激光测距传感器(2)、驱动转轴(3)、控制器(4)，所述视觉传感器(I)和激光测距传感器(2)的输入端均与驱动转轴(3)的输出端连接，视觉传感器(I)和激光测距传感器(2)的输出端与控制器(4)连接;所述控制器(4)的输出端与驱动转轴(3)的输入端连接，控制器(4)内部设置有信号处理单元和存储单元。2.根据权利要求1所述的视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，其特征是:所述视觉传感器(I)采集的图像信号和所述激光测距传感器(2)采集的距离信号均由控制器(4)内部设置的信号处理单元处理。3.根据权利要求1所述的视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，其特征是:所述激光测距传感器(2)为一维激光测距传感器。
【专利摘要】视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，属于机器人定位技术领域，包括视觉传感器、激光测距传感器、驱动转轴、控制器，所述视觉传感器和激光测距传感器的输入端均与驱动转轴的输出端连接，视觉传感器和激光测距传感器的输出端与控制器连接；所述控制器的输出端与驱动转轴的输入端连接，控制器内部设置有信号处理单元和存储单元。本实用新型在不对餐厅设施进行改造的情况下，通过简单的标定手段，即可完成机器人在餐厅中的定位，在快速部署机器人的同时，也降低了生产成本，有利于搭载本室内定位系统的机器人的大规模推广。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN205301998
【申请号】
【发明人】张二云, 孟勃, 牛冠冲
【申请人】长春诺惟拉智能科技有限责任公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年11月27日