基于人工路标的移动机器人定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于人工路标的移动机器人定位系统及方法，包括：移动机器人和多个不同颜色的人工路标，所述不同颜色的人工路标按照优化布置方法设置在移动机器人的运行环境中的固定位置；所述移动机器人上安装的传感器对该移动机器人运行过程中所检测到的人工路标进行识别和匹配，实现移动机器人的定位。本发明专利技术过优化布置的方式设置路标，并标定这些位置，保证机器人在环境中任意位置均可观测到至少一个人工路标，避免出现检测不到路标的情况。本发明专利技术根据路标表面颜色不同，返回的激光数据也不同，利用二进制编码方式对路标进行编码，生成不同的编码格式，从而有效快速地区分出不同的人工路标，通过人工路标的位置较准确地完成机器人的定位。

【技术实现步骤摘要】
基于人工路标的移动机器人定位系统及方法
本专利技术涉及移动机器人定位
，具体地，涉及基于人工路标的移动机器人定位系统及方法。
技术介绍
随着机器人技术的发展与进步，移动机器人作为家务和办公助手正逐渐走进人们的生活，自定位技术是移动机器人实现智能化的关键技术之一，是室内机器人利用自身携带的传感器设备来获取当前环境的信息，并根据采集到的信息确定机器人在环境中位置的技术。在移动机器人导航定位中，实现机器人自身的准确定位是移动机器人具有自主性的先决条件之一，因此研究机器人的实时可靠定位有着非常重要的意义。当机器人工作时，它只能通过自身携带的传感器来识别所在位置的特定路标,根据对路标的识别结果来完成自主定位和导航任务。路标是指机器人通过传感器对外界进行感知，能够识别的特征信息。而在基于路标的自主机器人导航系统中，研究的主要问题在于路标的选择、设计、检测、定位、环境表征和路径规划等等。而使用的路标大致可以分为两类：自然路标和人工路标。自然路标是指已经存在于环境中的物体和特征；自然路标受外界的环境影响较大，不太稳定。因此，在路标识别上,往往采用的是人工路标。人工路标是指特殊设计的物体或者标记，需要被放置特定的环境中。并且路标能够被激光、红外、声纳和视觉等传感器进行检测。比如，使用贴在墙面的条状路标或使用贴在天花板上的主动信标，机器人通过识别这些路标来完成定位。种类纷繁的路标特征使得选取合适特征作为路标变得尤为重要，研究怎样选取适合移动机器人定位的特征，甚至让机器人自己学习如何定义最优的特征，一直是移动机器人领域的关键科学问题。大多数研究中建立的特征模型仅局限于某一种，或使用人工特征，或使用自然特征，也有少部分将二者结合起来应用，但均存在不足。因此，在自主机器人的定位中，选取合适的路标以及对路标的准确识别至关重要。经检索，申请号为CN201610202692.7，名称为：一种室内机器人定位导航方法，其定位导航方法为：在检测不到路标的位置依靠航迹推算的相对定位方法快速定位；在检测到路标的位置计算得到绝对坐标，从而得到精确的位姿坐标；当机器人从检测不到路标的位置移动到能够检测到路标的位置，对之前在相对定位区由定位误差累积造成的位移偏差进行修正。上述的技术方案存在一些不足，移动机器人在环境中行进时，会出现检测不到路标的情况，此时只能依靠航迹推算的相对定位快速定位，但是这种方法会产生较大的误差，定位精度不高，不利于机器人的自主定位。总之，机器人应用的领域越来越广泛，自定位技术已成为当前重点发展与研究的对象。而环境中复杂多变的情况对机器人的定位造成了很大的干扰，因此，对移动机器人自定位方法的研究具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于人工路标的移动机器人定位系统及方法。根据本专利技术提供的基于人工路标的移动机器人定位系统，包括：移动机器人和多个不同颜色的人工路标，所述不同颜色的人工路标设置在移动机器人的运行环境中的固定位置；所述移动机器人上安装的传感器对该移动机器人运行过程中所检测到的人工路标进行识别和匹配，实现移动机器人的定位。优选地，所述传感器采用激光测距传感器，能够对检测到的不同人工路标进行识别并生成相应的不同的激光数据。优选地，所述优化布置方法是指：移动机器人在运行过程中的任意位置时，所述传感器均能至少检测到一个人工路标。优选地，所述人工路标包括两个矩形板，且两个矩形板之间呈某一角度，所述角度能够依据运行环境和人工路标的布置数量进行实际调整。优选地，所述移动机器人上的传感器的扫描角度为270度，人工路标两个矩形板的夹角设置为120度，且所有人工路标的角度开口方向背向移动机器人。根据本专利技术提供的基于人工路标的移动机器人定位方法，包括如下步骤：步骤1：选定坐标原点O，建立全局坐标系，并分别建立每个人工路标的参考坐标系和移动机器人自身的参考坐标系，将人工路标相对于全局坐标系中的坐标记为(x1，y1，z1)；步骤2：将光测距传感器测量出的人工路标的激光数据，记作数据点集S，并对激光测距传感器检测到的激光数据进行直线拟合，提取符合的数据，记作数据点集P；步骤3：将数据点集P与数据点集S迭代计算后得到旋转矩阵R与平移矩阵P，以及移动机器人的相对位置坐标。优选地，预处理步骤：在移动机器人的运行环境中按照优化布置方法设置多个不同颜色的人工路标，即移动机器人在运行过程中的任意位置时，安装在移动机器人上的传感器均能至少检测到一个人工路标。优选地，所述步骤2包括：移动机器人在行进的过程中通过激光测距传感器识别运行环境中的人工路标，利用激光测距传感器检测到设置好的人工路标时，根据人工路标表面不同的颜色对激光的反射率不同，利用反射率的差异，在人工路标上布置固定宽度的黑白色块，黑色用数字0表示，白色用数字1表示，色块的不同排列顺序形成激光测距传感器能够识别的二进制编码；其中，步骤2中提取符合的数据是指：在每一个人工路标前选取一个参考位置，在参考位置处用激光测距传感器测量出参考数据，记作数据点集S；在定位时，在激光测距传感器的一帧数据中进行直线拟合，从中提取出与人工路标相对应的点，记作数据点集P。优选地，所述步骤3中的迭代计算的具体步骤如下：将数据点集P与数据点集S用迭代最近点算法，即ICP进行匹配，计算后得到旋转矩阵R和平移矩阵P；令矩阵并计算矩阵T的逆矩阵M，即M＝T-1，根据矩阵M得到移动机器人相对于人工路标前的参考位置的相对位置坐标。优选地，所述步骤3还包括：假设机器人所处的位置相对于全局坐标系的坐标为：(X，Y，Z)，则有：完成对移动机器人的坐标定位。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的基于人工路标的移动机器人定位方法通过优化布置的方式设置路标，并标定这些位置，保证机器人在环境中任意位置均可观测到至少一个人工路标，避免出现检测不到路标的情况，检测范围广，增加了定位精度。2、本专利技术提供的基于人工路标的移动机器人定位系统中所设置的人工路标具有特定的形状以及不同的颜色，因此机器人在环境中行进时利用激光测距传感器检测路标时，根据路标表面颜色不同，返回的激光数据也不同，利用二进制编码方式对路标进行编码，生成不同的编码格式，从而有效快速地区分出不同的路标。3、本专利技术中的机器人在识别路标时，对激光测距传感器检测到的数据进行直线拟合，提取符合的数据，利用ICP匹配得到变换矩阵，利用该变换矩阵与标定好的参考位姿算出机器人的相对位姿，可以比较准确地完成机器人的定位。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的基于人工路标的移动机器人定位方法的流程图；图2为本专利技术中基于人工路标的移动机器人定位系统的实施例示意图；图中：1-第一人工路标；2-第二人工路标；3-第三人工路标；4-移动机器人。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的基于人工路标的移动机器人定位系统，包括：移动机器人和多个不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工路标的移动机器人定位系统，其特征在于，包括：移动机器人和多个不同颜色的人工路标，所述不同颜色的人工路标设置在移动机器人的运行环境中的固定位置；所述移动机器人上安装的传感器对该移动机器人运行过程中所检测到的人工路标进行识别和匹配，实现移动机器人的定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于人工路标的移动机器人定位系统，其特征在于，包括：移动机器人和多个不同颜色的人工路标，所述不同颜色的人工路标设置在移动机器人的运行环境中的固定位置；所述移动机器人上安装的传感器对该移动机器人运行过程中所检测到的人工路标进行识别和匹配，实现移动机器人的定位。2.根据权利要求1所述的基于人工路标的移动机器人定位系统，其特征在于，所述传感器采用激光测距传感器，能够对检测到的不同人工路标进行识别并生成相应的不同的激光数据。3.根据权利要求1所述的基于人工路标的移动机器人定位系统，其特征在于，所述优化布置方法是指：移动机器人在运行过程中的任意位置时，所述传感器均能至少检测到一个人工路标。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于人工路标的移动机器人定位系统，其特征在于，所述人工路标包括两个矩形板，且两个矩形板之间呈某一角度，所述角度能够依据运行环境和人工路标的布置数量进行实际调整。5.根据权利要求4所述的基于人工路标的移动机器人定位系统，其特征在于，所述移动机器人上的传感器的扫描角度为270度，人工路标两个矩形板的夹角设置为120度，且所有人工路标的角度开口方向背向移动机器人。6.一种基于人工路标的移动机器人定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：选定坐标原点O，建立全局坐标系，并分别建立每个人工路标的参考坐标系和移动机器人自身的参考坐标系，将人工路标相对于全局坐标系中的坐标记为(x1，y1，z1)；步骤2：将光测距传感器测量出的人工路标的激光数据，记作数据点集S，并对激光测距传感器检测到的激光数据进行直线拟合，提取符合的数据，记作数据点集P；步骤3：将数据点集P与数据点集S迭代计算后得到旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晗，
申请(专利权)人：上海悦合自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31