一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法技术

本发明专利技术涉及一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，基于空间外置摄像机，通过工作区域上方预设高度所设置的一个或多个摄像机，针对设计于机器人顶部的椭圆形图案进行图像捕获、分析，实现针对机器人在工作区域内的高效定位和导航，克服了现有机器人定位导航的缺点，无需在机器人上安装相关传感器及管线，减少了机器人的重量、芯片的负荷，极大地简化了移动机器人设备及其定位导航方法，并且椭圆形图案的设计采用，在检测机器人位置的同时，能够确定机器人的方向，而且较之长短轴不一的菱形检测，在检测参数数量相同的基础上，椭圆形图案的检测速度较快，应用更为广泛，进而提高了本发明专利技术所设计基于椭圆识别的机器人定位导航方法的广泛应用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，属于机器视觉及机械自动化
，具体涉及机器人定位导航

技术介绍
移动机器人是一种在可复杂环境下工作，具有自规划、自组织、自适应能力的机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势，目前在国内外正在被广泛的应用。导航技术是移动机器人的一项核心技术之一，它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态，实现在环境中面向目标的自主运动。目前，移动机器人主要的导航方式包括：磁导航，惯性导航，视觉导航等。磁导航灵活性较好，但导航方式会受环路通过的金属等硬物的机械损伤，对导航有一定的影响。惯性导航灵活性好，但定位准确度差，运动过程中容易产生并累积偏差，适合短距离移动。传统的视觉导航一般采用多目视觉的方式，定位精度可以达到很高，但在运动过程中的实时运算量很大，实时性不佳。现有的机器人导航方式大多需要在机器人上安装大量的传感器及管线，用于机器人信息的获取，这些传感器及管线增加了机器人的重量、芯片的负荷，甚至可能影响机器人的正常运转和动作。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于空间外置摄像机，能够通过针对机器人在工作区域中的图像捕获、分析，实现高效率定位导航的基于椭圆识别的机器人定位导航方法。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，基于机器人工作区域上方、预设高度所设置的至少一台摄像机，实现针对机器人的定位导航，其中，所有摄像机拍摄区域的组合区域覆盖机器人工作区域，所述定位导航方法，包括如下步骤：步骤001.在机器人顶部水平平面区域设置椭圆形图案，椭圆形图案的面积大小与所设水平平面区域的面积大小相适应，且椭圆形图案的长轴与机器人直线前后移动路径相平行，椭圆形图案的短轴与机器人直线前后移动路径相垂直，然后进入步骤002；步骤002.针对各个摄像机的参数进行标定，获得所有摄像机拍摄区域的组合区域图像，确定该组合区域图像与所对应三维空间的映射关系，然后基于该映射关系，针对该组合区域图像实现背景模型建模，获得背景模型，然后实时循环执行如下步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航；步骤003.实时针对所有摄像机拍摄区域的组合区域图像进行处理，获得机器人工作区域的边缘图像，并基于背景模型，实时识别其中的椭圆形图案，以及实时获得椭圆形图案的中心坐标(p,q)，椭圆形图案的长半轴a、短半轴b、转角θ，然后进入步骤004；步骤004.根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)，实现椭圆形图案所对应机器人的实时定位，并根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)、椭圆形图案的长半轴a，转角θ，以及预设导航路径，实时获得椭圆形图案所对应机器人的移动方向，再结合预设导航路径，实现机器人的实时导航，并返回步骤003。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述实时循环执行步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航的同时，按预设时长周期间隔执行步骤002，实现背景模型的周期更新。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括控制中心，其中，控制中心分别与所述各台摄像机，以及所述机器人相通信，控制中心获得所有摄像机的拍摄区域图像，处理构成组合区域图像，并且控制中心根据步骤002获得背景模型，然后通过步骤003、步骤004的操作，基于内置的预设导航路径，实现机器人的定位，以及向机器人发送移动控制指令，实现机器人的导航。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述各台摄像机阵列分布设置在所述机器人工作区域上方的预设高度位置。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述摄像机为深度摄像机。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤002中，采用张正友标定法针对各个摄像机的参数进行标定。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤002中，基于该映射关系，针对该组合区域图像，采用背景差分法实现背景模型建模，获得背景模型。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤003中，实时针对所有摄像机拍摄区域的组合区域图像，依次进行去噪、二值化、形态学膨胀、腐蚀运算和边缘检测，获得机器人工作区域的边缘图像。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤003中，根据所述机器人工作区域的边缘图像，并基于所述背景模型，采用基于Hough变换的椭圆检测算法，实时识别其中的椭圆形图案，以及实时获得椭圆形图案的中心坐标(p,q)，椭圆形图案的长半轴a、短半轴b、转角θ。本专利技术所述一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术所设计的基于椭圆识别的机器人定位导航方法，基于空间外置摄像机，通过工作区域上方预设高度所设置的一个或多个摄像机，针对设计于机器人顶部的椭圆形图案进行图像捕获、分析，实现针对机器人在工作区域内的高效定位和导航，克服了现有机器人定位导航的缺点，无需在机器人上安装相关传感器及管线，减少了机器人的重量、芯片的负荷，极大地简化了移动机器人设备及其定位导航方法，并且椭圆形图案的设计采用，在检测机器人位置的同时，能够确定机器人的方向，而且较之长短轴不一的菱形检测，在检测参数数量相同的基础上，椭圆形图案的检测速度较快，应用更为广泛，进而提高了本专利技术所设计基于椭圆识别的机器人定位导航方法的广泛应用性。附图说明图1是本专利技术设计基于椭圆识别的机器人定位导航方法的原理示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术设计了一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，在具体的实际应用当中，包括控制中心，以及基于机器人工作区域上方、预设高度所设置的至少一台深度摄像机，其中，各台深度摄像机阵列分布设置在所述机器人工作区域上方的预设高度位置，实现针对机器人的定位导航，其中，所有深度摄像机拍摄区域的组合区域覆盖机器人工作区域，控制中心分别与各台深度摄像机，以及机器人相通信，所述定位导航方法，具体包括如下步骤：步骤001.在机器人顶部水平平面区域设置椭圆形图案，即机器人顶部设置椭圆形图案的上部无遮挡，能够被上方所设置的深度摄像机准确识别，椭圆形图案的面积大小与所设水平平面区域的面积大小相适应，且椭圆形图案的长轴与机器人直线前后移动路径相平行，椭圆形图案的短轴与机器人直线前后移动路径相垂直，然后进入步骤002。步骤002.采用张正友标定法针对各个深度摄像机的参数进行标定，由控制中心获得所有深度摄像机分别所拍摄的区域图像，然后由控制中心以各个深度摄像机的坐标位置为依据，针对各个深度摄像机所拍摄的区域图像进行处理组合，构成组合区域图像，即覆盖整个机器人工作区域的组合区域图像，并由控制中心确定该组合区域图像与所对应三维空间的映射关系，然后控制中心基于该映射关系，针对该组合区域图像，采用背景差分法实现背景模型建模，获得背景模型，然后，控制中心实时循环执行如下步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航。步骤003.控制中心实时针对所有摄像机拍摄区域的组合区域图像，依次进行去噪、二值化、形态学膨胀、腐蚀运算和边缘检测，获得机器人工作区域的边缘图像，并且控制中心根据所述机器人工作区域的边缘图像，并基于所述背景模型，采用基于Hough变换的椭圆检测算法，实时识别其中的椭圆形图案，以及实时获得椭圆形图案的中心坐标(p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，其特征在于：基于机器人工作区域上方、预设高度所设置的至少一台摄像机，实现针对机器人的定位导航，其中，所有摄像机拍摄区域的组合区域覆盖机器人工作区域，所述定位导航方法，包括如下步骤：步骤001.在机器人顶部水平平面区域设置椭圆形图案，椭圆形图案的面积大小与所设水平平面区域的面积大小相适应，且椭圆形图案的长轴与机器人直线前后移动路径相平行，椭圆形图案的短轴与机器人直线前后移动路径相垂直，然后进入步骤002；步骤002.针对各个摄像机的参数进行标定，获得所有摄像机拍摄区域的组合区域图像，确定该组合区域图像与所对应三维空间的映射关系，然后基于该映射关系，针对该组合区域图像实现背景模型建模，获得背景模型，然后实时循环执行如下步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航；步骤003.实时针对所有摄像机拍摄区域的组合区域图像进行处理，获得机器人工作区域的边缘图像，并基于背景模型，实时识别其中的椭圆形图案，以及实时获得椭圆形图案的中心坐标(p,q)，椭圆形图案的长半轴a、短半轴b、转角θ，然后进入步骤004；步骤004.根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)，实现椭圆形图案所对应机器人的实时定位，并根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)、椭圆形图案的长半轴a，转角θ，以及预设导航路径，实时获得椭圆形图案所对应机器人的移动方向，再结合预设导航路径，实现机器人的实时导航，并返回步骤003。...

【技术特征摘要】
1.一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，其特征在于：基于机器人工作区域上方、预设高度所设置的至少一台摄像机，实现针对机器人的定位导航，其中，所有摄像机拍摄区域的组合区域覆盖机器人工作区域，所述定位导航方法，包括如下步骤：步骤001.在机器人顶部水平平面区域设置椭圆形图案，椭圆形图案的面积大小与所设水平平面区域的面积大小相适应，且椭圆形图案的长轴与机器人直线前后移动路径相平行，椭圆形图案的短轴与机器人直线前后移动路径相垂直，然后进入步骤002；步骤002.针对各个摄像机的参数进行标定，获得所有摄像机拍摄区域的组合区域图像，确定该组合区域图像与所对应三维空间的映射关系，然后基于该映射关系，针对该组合区域图像实现背景模型建模，获得背景模型，然后实时循环执行如下步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航；步骤003.实时针对所有摄像机拍摄区域的组合区域图像进行处理，获得机器人工作区域的边缘图像，并基于背景模型，实时识别其中的椭圆形图案，以及实时获得椭圆形图案的中心坐标(p,q)，椭圆形图案的长半轴a、短半轴b、转角θ，然后进入步骤004；步骤004.根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)，实现椭圆形图案所对应机器人的实时定位，并根据椭圆形图案的中心坐标(p,q)、椭圆形图案的长半轴a，转角θ，以及预设导航路径，实时获得椭圆形图案所对应机器人的移动方向，再结合预设导航路径，实现机器人的实时导航，并返回步骤003。2.根据权利要求1所述一种基于椭圆识别的机器人定位导航方法，其特征在于：所述实时循环执行步骤003至步骤004，实现针对机器人的定位与导航的同时，按预设时长周期间隔执行步骤002，实现背景模型的周期更新...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新华，王润泽，王勇，郝敬宾，司垒，史耀，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32