基于栅格地图和动态校准的精度可控室内导航系统及方法与流程

技术特征：

1.一种基于栅格地图和动态校准的精度可控室内导航系统，包括定位导航终端和数据存储装置，其特征在于：

所述定位导航终端是集定位、交互、导航、运动控制于一体的智能终端，所述定位导航终端至少包括中央控制模块、图像采集与识别模块、运动控制模块、交互模块和障碍躲避模块；

室内导航系统还包括铺设在导航区域内的栅格化地板，所述栅格化地板由多块两种色彩间隔布置的方块地板构成，两种色彩的选择按照四色定理选取；所述方块地板的边长由所需的导航定位精度和所述图像采集与识别模块的分辨率来确定；对所述栅格化地板中的所述方块地板按二维矩阵方式进行矩阵编号，从而确定方块地板方格的坐标；

所述中央控制模块包括写入有程序的微处理器或控制器，所述图像采集与识别模块、运动控制模块、交互模块和障碍躲避模块通过电路与所述中央控制模块连接，所述中央控制模块控制整个导航系统的工作过程，并配合数据存储装置用于存储所需数据；

所述图像采集与识别模块包括可见光图像传感器、红外光图像传感器、紫外光图像传感器或X光成像传感器中的一种或多种，用于识别所述栅格化地板的图像信息及被导航物体的运动方向，并将采集到的图像信息及物理的运动方向传至所述中央控制模块进行处理，所述图像采集与识别模块的安装位置为被导航物体的前端或侧面，并面向栅格化地板，用于采集地板图像；

所述运动控制模块用来控制被导航物体的运动；

所述交互模块至少包括通信、信息显示和指令输入功能，用于控制人员随时观察和控制整个导航系统的工作状态；

所述障碍躲避模块至少包括超声传感器、红外测距传感器、激光测距仪以及雷达测距传感器，用于被导航物体在运动过程中障碍的识别与躲避；

数据存储装置至少包括闪存、SD卡和EEPROM，用于存储导航时所需数据，导航时所需数据至少包括栅格化地图信息和用户交互产生的信息。

2.一种基于栅格地图和动态校准的精度可控室内导航方法，其特征在于，利用如权利要求1所述基于栅格地图和动态校准的精度可控室内导航系统，导航方法包括以下步骤：

步骤一、根据被导航物体的当前位置和目的位置进行路径规划，包括：

1-1)载入栅格化地板图像信息，包括所述栅格化地板中的所有方块地板的编号，栅格化地板的铺设范围、地板方格的编号与车间实际位置的对应关系；

1-2)获取当前信息，包括被导航物体的当前位置坐标和方向；

1-3)路径规划，在获取被导航物体的当前信息后，由人工或控制系统给定被导航物体的目标坐标，将上述被导航物体的当前信息和目标坐标的数据交由中央控制模块按照走直线，拐直角弯的原则完成路径规划；

步骤二、根据步骤一完成的路径规划实现运动控制与动态校准定位，包括：

2-1)被导航物体当前方向的调整，物体的当前朝向和经过路径规划需要前进的方向不同时，将当前方向调整为路径规划时设定的初始前进方向；

2-2)判断被导航物体当前点是否需要转弯，若当前点需要转弯，则控制转弯运动，否则运动状态为直行；

2-3)通过图像采集与识别模块读取被导航物体所在位置的栅格化地板图像；

对于运动状态为直行时，判断当前栅格化地板图像是否处在方块地板方格的边界，如果是，则根据被导航物体运动的方向在横坐标或纵坐标的坐标计数加1或减1，从而完成被导航物体当前位置坐标的动态更新及校准；

对于运动状态为转弯时，对所述图像采集与识别模块采集到的栅格化地板图像进行预处理后获得一幅包含栅格边缘的二值图像，再通过Prewitt算子、Canny算子或索贝尔算子边缘检测算法扫描其跳变边缘，并记录该边缘在栅格化地板图像上的坐标；使用霍夫变换或最小二乘拟合方法计算出所有栅格边缘的斜率，并通过该斜率判断边缘倾斜角度，若该角度值均为0°或90°，则被导航物体的运动方向与X或Y轴平行，否则需要通过运动控制进行调整；

2-4)每完成一次被导航物体当前位置坐标的动态更新及校准后，判断被导航物体当前点的坐标是否为预设的目标坐标，若是，完成本次导航任务，准备接受下一次导航任务；否则返回步骤2-1)；

贯穿于上述步骤二的全过程，所述障碍躲避模块若识别到路径规划的预设轨道上与被导航物体安全距离内存在有障碍物，则中止被导航物体的运动，记录障碍物所在的坐标位置，避开障碍物所在的坐标位置，返回步骤1-2)。

3.根据权利要求2所述基于栅格地图和动态校准的精度可控室内导航方法，其中，步骤2-3)中，被导航物体当前位置坐标的动态更新及校准，具体内容如下：

将采集到的被导航物体所在位置的栅格化地板图像进行阈值分割二值化，然后取二值图像的中间若干行的数据，计算其中黑色或白色点比例，若此时该比例低于5％或高于95％，则判定系统位于方格内区域，否则是处在两个方格线上，此时，根据被导航物体方向确定在横坐标或纵坐标上加1或减1。

4.根据权利要求2所述基于栅格地图和动态校准的精度可控室内导航方法，其中，步骤2-4)中，所述安全距离是用户根据被导航物体的运动速度和质量确定。