一种室内机器人定位系统的制作方法

专利名称:一种室内机器人定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种室内机器人定位系统，定位系统包括设置在室内机器人上的航迹推算单元，用于实时生成相对定位的位置信息；视觉定位单元，用于间歇性生成视觉定位的位置信息；以及若干摄像单元，用于捕获室内机器人在不同视角下的图像并发送给视觉定位单元，其中，本实用新型的定位系统还包括位姿校正单元，并且位姿校正单元通过将视觉定位单元生成的位置信息与同一时刻航迹推算单元生成的位置信息融合，从而完成对室内机器人位姿的校正。本实用新型能够消除因采用相对定位而带来随时间积累的漂移误差，提高定位的精确度，而且本实用新型的硬件成本低，实施简单，除非硬件故障，几乎不需要维护。
【专利说明】
一种室内机器人定位系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及定位技术领域，特别涉及一种室内机器人定位系统。
【背景技术】
[0002]定位是室内机器人的基础能力，决定机器人的自主能力与智能化水平，也是制约室内机器人进一步发展的重要因素。机器人定位技术可分为绝对定位和相对定位技术两类。
[0003]绝对定位主要采用导航信标、主动或被动标识、地图匹配或卫星导航(GPS)技术，定位精度较高。但是这几种方法中，信标或标识牌的建设和维护成本较高，地图匹配技术处理速度慢，而GPS只能用于室外，且精度很差(1m?30m)。绝对定位的位置计算方法包括三视角法、三视距法、模型匹配算法等。
[0004]相对定位是通过测量机器人相对于初始位置的距离和方向来确定机器人的当前位置，通常也称为航位推算法。常用的传感器包括里程计及惯导系统(速度陀螺、加速度计等)。航位推算法的优点是机器人的位姿是自我推算出来的，不需要对外界环境的感知信息，缺点是漂移误差会随时间累积，不适于精确定位。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提高室内机器人的定位精度，同时降低定位系统的硬件成本。
[0006]为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种室内机器人定位系统，其包括设置在室内机器人上的航迹推算单元，用于实时生成相对定位的位置信息;视觉定位单元，用于间歇性生成视觉定位的位置信息；以及至少一个摄像单元，用于捕获室内机器人的图像并发送给所述视觉定位单元，本实用新型的室内机器人定位系统还包括位姿校正单元，并且所述位姿校正单元，用于将所述视觉定位单元生成的位置信息与同一时刻所述航迹推算单元生成的位置信息融合，完成对所述航迹推算单元位姿的校正。
[0007]根据一种具体的实施方式，所述位姿校正单元具有扩展卡尔曼滤波器，用于融合所述航迹推算单元与所述视觉定位单元的位置信息。
[0008]根据一种具体的实施方式，设置的多个所述摄像单元中，相邻的所述摄像单元的视场相交叠，且全部所述摄像单元构成的视场区域包含室内机器人的运动区域;其中，所述摄像单元通过跟踪室内机器人上设置的信标，实时捕获室内机器人的图像。
[0009]根据一种具体的实施方式，所述视觉定位单元分别与每个所述摄像单元通信连接，用以获取所述摄像单元捕获的图像;其中，所述视觉定位单元根据所述摄像单元发送的图像，生成视觉定位的位置信息。
[0010]根据一种具体的实施方式，室内机器人位于所述摄像单元的视场交叠区域时，所述视觉定位单元采用最小二乘法确定位置信息。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果:通过航迹推算单元实时地对室内机器人进行相对定位，以及利用视觉定位单元与若干摄像单元，间歇性地对室内机器人进行视觉定位，并通过位姿校正单元将相对定位与视觉定位的位置信息进行融合，完成对室内机器人位姿的校正，从而消除因采用相对定位而带来随时间积累的漂移误差，提高定位的精确度，而且本实用新型的硬件成本低，实施简单，除非硬件故障，几乎不需要额外的维护。
【附图说明】

[0012]图1是本实用新型的结构不意图；
[0013]图2是本实用新型的摄像单元视场区域示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本【实用新型内容】所实现的技术均属于本实用新型的范围。
[0015]如图1所示的本实用新型的结构示意图；其中，本实用新型包括设置在室内机器人上的航迹推算单元，用于实时生成相对定位的位置信息;视觉定位单元，用于间歇性生成视觉定位的位置信息；以及至少一个摄像单元，用于捕获室内机器人的图像并发送给视觉定位单元。
[0016]本实用新型的室内机器人定位系统还包括位姿校正单元，并且还包括位姿校正单元，并且位姿校正单元，用于将视觉定位单元生成的位置信息与同一时刻航迹推算单元生成的位置信息融合，完成对航迹推算单元位姿的校正。
[0017]具体的，位姿校正单元具有扩展卡尔曼滤波器，用于融合航迹推算单元与视觉定位单元的位置信息。其中，扩展卡尔曼滤波器考虑了时间非线性，能够得出较好的位置估
i+o
[0018]结合图2所示的摄像单元视场区域示意图，其中，为实现室内机器人的运动区域扩展而设置的多个摄像单元时，相邻的摄像单元的视场相交叠，而且全部摄像单元构成的视场区域包含室内机器人的运动区域，其中，摄像单元通过跟踪室内机器人上设置的信标，实时捕获室内机器人的图像。本实用新型中，采用的摄像单元为双目摄像机，用来跟踪室内机器人上的信标和记录图像。
[0019]室内机器人按相应的运动轨迹运动时，视觉定位单元分别与每个摄像单元通信连接，用以获取各个摄像单元捕获的图像;其中，视觉定位单元根据摄像单元发送的图像，生成视觉定位的位置信息。尤其，室内机器人位于摄像单元的视场交叠区域时，视觉定位单元采用最小二乘法确定位置信息。
[0020]在实施时，本实用新型的所有的摄像单元可通过数据传输线，直接将捕获的图像发送给视觉定位单元，从而保证发送的图像质量以及稳定性。视觉定位单元基于HALCON视觉软件，对接收到的各个摄像单元捕获的图像进行运算处理，而获得相应的位置信息，并且视觉单元通过WIFI和蓝牙等无线通信手段，将视觉定位的位置信息发送至位姿校正单元。
[0021]同时，航迹推算单元与位姿校正单元也可以通过WIFI和蓝牙等无线通信手段进行数据交互，即相当于位姿校正单元可以选择不设置在室内机器人上。不过为了考虑数据交互的稳定性，将位姿校正单元设置在室内机器人上，并通过数据线与航迹推算单元连接，保证位姿校正单元与航迹推算单元数据交互的稳定性。
[0022]利用本实用新型室内机器人定位系统进行定位的方法，其一方面通过设置在室内机器人上的航迹推算单元，实时生成相对定位的位置信息，另一方面通过至少一个摄像单元捕获室内机器人的图像并发送给视觉定位单元，再由视觉定位单元，间歇性地获取视觉定位的位置信息，本实用新型的方法还通过位姿校正单元，将航迹推算单元与视觉定位单元在同一时刻所确定的位置信息融合，完成对航迹推算单元位姿的校正。
[0023]具体的，本实用新型的位姿校正单元运用扩展卡尔曼滤波器，完成对航迹推算单元与视觉定位单元的位置信息的融合。安装多个摄像单元时，使相邻的摄像单元的视场相交叠，而且使全部摄像单元构成的视场区域包含室内机器人的活动区域，其中，摄像单元通过跟踪室内机器人上设置的信标，实时捕获室内机器人的图像。当室内机器人位于摄像单元的视场交叠区域时，视觉定位单元通过最小二乘法确定位置信息。
[0024]在实施时，在摄像单元工作前，分别进行各个摄像单元工作参数的标定，以及确定各个摄像单元之间的相对位置关系，并将各个摄像单元的标定参数以及各个摄像单元之间的相对位置关系，发送给视觉定位单元，当视觉定位单元接收到摄像单元发送的图像后，运用HALCON视觉软件，并结合标定参数和摄像单元之间的相对位置关系，生成室内机器人视觉定位的位置信息。
[0025]上面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了详细说明，但本实用新型并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。
【主权项】
1.一种室内机器人定位系统，包括设置在室内机器人上的航迹推算单元，用于实时生成相对定位的位置信息;视觉定位单元，用于间歇性生成视觉定位的位置信息；以及至少一个摄像单元，用于捕获室内机器人的图像并发送给所述视觉定位单元，其特征在于，还包括位姿校正单元，并且所述位姿校正单元，用于将所述视觉定位单元生成的位置信息与同一时刻所述航迹推算单元生成的位置信息融合，完成对所述航迹推算单元位姿的校正;其中，所述位姿校正单元具有扩展卡尔曼滤波器，用于融合所述航迹推算单元与所述视觉定位单元的位置信息。2.如权利要求1所述的室内机器人定位系统，其特征在于，设置的多个所述摄像单元中，相邻的所述摄像单元的视场相交叠，且全部所述摄像单元构成的视场区域包含室内机器人的运动区域;其中，所述摄像单元通过跟踪室内机器人上设置的信标，实时捕获室内机器人的图像。3.如权利要求2所述的室内机器人定位系统，其特征在于，所述视觉定位单元分别与每个所述摄像单元通信连接，用以获取所述摄像单元捕获的图像;其中，所述视觉定位单元根据所述摄像单元发送的图像，生成视觉定位的位置信息。4.如权利要求3所述的室内机器人定位系统，其特征在于，室内机器人位于所述摄像单元的视场交叠区域时，所述视觉定位单元采用最小二乘法确定位置信息。
【文档编号】G01C21/12GK205691126SQ201620222072
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年3月22日 公开号201620222072.5, CN 201620222072, CN 205691126 U, CN 205691126U, CN-U-205691126, CN201620222072, CN201620222072.5, CN205691126 U, CN205691126U
【发明人】骆德渊
【申请人】成都电科创品机器人科技有限公司