基于二维码和激光的室内机器人定位方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于二维码和激光的室内机器人定位方法、装置及系统，利用激光先得到环境地图以及机器人的全局位姿，通过摄像头得到二维码与机器人的相对位姿，结合机器人的全局位姿得到二维码的全局位姿，建立二维码坐标系；在机器人移动过程中，通过摄像头拍摄任意二维码，获取机器人与二维码坐标系的相对位姿，结合二维码的全局位姿得到机器人的全局位姿。本发明专利技术通过先验机器人的全局位姿来得到二维码地图，消除了机器人后期定位的累积误差，从而可以在任意场景任意时刻快速地进行机器人定位，具备高效、高精度、全方位识读的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于二维码和激光的室内机器人定位方法、装置及系统
本专利技术涉及机器人行驶控制的
，尤其涉及基于二维码和激光的室内机器人定位方法、装置及系统。
技术介绍
为了在自动化生产和仓储管理中应用移动机器人，要求室内移动机器人必须精确识别当前位置，只有精确识别当前位置，才能精确传输和搬运产品。目前，室内移动机器人定位方法一般有几种：测距法、视觉定位方法、推算定位与RFID相结合方法、条形码定位方法。测距法也称推算法，通过两个轮子加装的编码器测出微小距离，计算出移动机器人位置和姿态的变化量，通过累加，实现移动机器人的自动定位。但是，一旦车轮行进过程中出现打滑空转现象，由于编码器的输出不能修正这一误差，所以随着时间的推移，误差将会累计，导致定位精度的降低，因此，测距法只适用于短距离的定位。视觉定位方法通过安装在移动机器人上的摄像头获取室内环境的图像信息，利用图像分析、对比技术判定机器人的位置，实现定位。该方法存在的问题是：1、由于是两套图像进行对比，需要将其中一套图像预先保存起来，这就需要一个大容量的存储介质存储图像，当需要时随时提取并和当前图像信息进行对比，从而获取当前位置在整个室内环境中的实际位置；2、图像分析需要强大的数据运算能力，远非一般嵌入式系统所能胜任，以上都说明采用视觉定位大大增加了成本。识别移动机器人位置与方向的另外一种方法是射频标识卡和一种RFID阅读器的方法。在这种方法中每一个射频标签对应唯一号码，并根据唯一号码，在射频标签映射表中对应的其实际地理位置，从而定位移动机器人的实际位置。但是使用这种方法必须高密度地敷设射频标签，才能满足机器人定位的需要，而随之带来的问题是，RFID如果分布密度过高，从RFID卡输出的信号之间将产生干扰，可能会出现一次读取多个卡号而导致无法定位。针对上述问题，可以采用推算定位与RFID的分布密度，一方面用推算法在保证定位精度的前提下，减少了RFID的分布密度，一方面用RFID定位信息修正了航位推算的累积误差，但由于RFID阅读器的有效读取范围在几个至几十个厘米内，具体取决于射频的发射功率、读取角度、位置以及杂散电磁波的干扰等诸多不确定因素的影响，因此，其定位精度很难达到厘米级，不能满足定位精度要求很高的场合。条形码移动机器人定位方法针对以上不足进行了改进。专利技术专利20041005968.1公布了一种基于一维条形码的室内移动机器人定位系统和方法，该方法是在每个条形码标签上印制若干个条形码，每个条形码数据由两部分组成：绝对地址码和位置偏移码。绝对地址码用于定位该标签在室内环境中的实际地理位置，位置偏移码用于确定该标签上各个条形码之间的偏移量，每个标签上各个条形码上的绝对地址码是相同的，代表整个标签在室内的地理位置，各个条形码之间的相对位置用各自的偏移量表示。为了保证条码扫描枪每次扫描得到一个完整的条码，规定条码扫描宽度不小于两个完整条码的长度，当扫描范围出现空白区时，通过对第一个空白区左右两侧的数据信息进行拼接而获得一个完整的条码数据。当用以上方法定位移动机器人位置时，是将标签的位置(绝对位置)、条码的位置(相对位置)、条码扫描枪的位置(相对位置)这三个数据叠加，最终得到移动机器人在室内实际的地理位置。以上方法的有点在于通过条形码符号的巧妙布局，能够准确计算移动机器人室内位置并且在实施过程中做到占用资源少而降低成本，但是该方法仍然存在以下不足：1、条形码识别速度低，不适合高效率的移动机器人领域。2、条形码布局结构难以实现全方位识读。3、容错能力差，对环境要求高、成本高，不利于推广使用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供基于二维码和激光的室内机器人定位方法、装置及系统，旨在解决现有技术的机器人定位过程由于误差累计或电磁波干扰所导致的精度低、成本高、效率低、对环境要求高的问题。本专利技术的目的采用以下技术方案实现：一种室内机器人定位方法，包括：机器人全局位姿获取步骤，根据工作区域的激光环境地图获取机器人的全局位姿；二维码相对位姿获取步骤，获取工作区域内二维码的图像，并获取二维码在机器人坐标系下的位姿；二维码全局位姿获取步骤，识别二维码ID，根据二维码在机器人坐标系下的位姿和机器人的全局位姿，计算并记录与二维码ID对应的二维码的全局位姿；机器人相对位姿获取步骤，在机器人当前位姿处获取工作区域内任意二维码的图像，并获取机器人在二维码坐标系下的位姿；二维码全局位姿查询步骤，识别二维码ID，查询与二维码ID相应的二维码的全局位姿；机器人当前位姿获取步骤，根据机器人在二维码坐标系下的位姿和二维码的全局位姿，计算获得机器人的当前全局位姿。在上述实施例的基础上，优选的：所述机器人全局位姿获取步骤中，根据激光环境地图建立全局坐标系，机器人的全局位姿P0＝(x0,y0,θ0)T；所述二维码相对位姿获取步骤中，二维码在机器人坐标系下的位姿P(a)d＝(x(a)d,y(a)d,θ(a)d)T；所述二维码全局位姿获取步骤中，识别的二维码ID为Da，二维码Da对应的全局位姿：在上述任意实施例的基础上，优选的，所述机器人相对位姿获取步骤中，获取机器人在二维码坐标系下的位姿的步骤，具体为：获取二维码在机器人坐标系下的位姿，根据二维码在机器人坐标系下的位姿获取机器人在二维码坐标系下的位姿。在上述实施例的基础上，优选的：二维码在机器人坐标系下的位姿为P(b)d＝(x(b)d,y(b)d,θ(b)d)T，机器人在二维码坐标系下的位姿为P(b)r′：所述二维码全局位姿查询步骤中，识别的任意二维码图像中二维码的ID为Db，查询到的二维码Db的全局位姿为P(b)dm＝(x(b)dm,y(b)dm,θ(b)dm)T；所述机器人全局位姿获取步骤中，机器人的全局位姿为P′：在上述任意实施例的基础上，优选的，当机器人相对位姿获取步骤中获取任意二维码的图像包括多个二维码时，还包括第一优化步骤：获取所述多个二维码在机器人坐标系下的位姿；识别所述多个二维码ID，查询与所述多个二维码ID对应的二维码的全局位姿；获取与多个二维码在机器人坐标系下的位姿以及查询到的二维码ID对应的全局位姿相关的第一误差函数；计算第一误差函数的最优化解得到机器人的当前全局位姿。在上述实施例的基础上，优选的，所述第一误差函数定义为：机器人的当前全局位姿为：其中，Db1，Db2，...，Dbk为所述的多个二维码，二维码Dbi在机器人坐标系下的位姿为P(bi)d，查询到Dbi的全局位姿为P(bi)dm，P为机器人的全局位姿，e(P，P(bi)dm，P(bi)d)为与二维码Dbi相关的误差函数，Ωbi为二维码Dbi位姿观测的信息矩阵。在上述任意实施例的基础上，优选的，还包括第二优化步骤：获取机器人当前激光定位位姿；获取与所述当前激光定位位姿、第一误差函数相关的第二误差函数；计算第二误差函数的最优化解得到机器人的当前全局位姿。在上述实施例的基础上，优选的，所述第二误差函数定义为：其中，PL为机器人当前激光定位位姿，ΩL为机器人激光位姿观测的信息矩阵；所述第一误差函数定义为：机器人的当前全局位姿为：其中，Db1，Db2，...，Dbk为所述的多个二维码，二维码Dbi在机器人坐标系下的位姿为P(bi)d，查询到Dbi的全局位姿为P(bi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内机器人定位方法，其特征在于，包括：机器人全局位姿获取步骤，根据工作区域的激光环境地图获取机器人的全局位姿；二维码相对位姿获取步骤，获取工作区域内二维码的图像，并获取二维码在机器人坐标系下的位姿；二维码全局位姿获取步骤，识别二维码ID，根据二维码在机器人坐标系下的位姿和机器人的全局位姿，计算并记录与二维码ID对应的二维码的全局位姿；机器人相对位姿获取步骤，在机器人当前位姿处获取工作区域内任意二维码的图像，并获取机器人在二维码坐标系下的位姿；二维码全局位姿查询步骤，识别二维码ID，查询与二维码ID相应的二维码的全局位姿；机器人当前位姿获取步骤，根据机器人在二维码坐标系下的位姿和二维码的全局位姿，计算获得机器人的当前全局位姿。

【技术特征摘要】
1.一种室内机器人定位方法，其特征在于，包括：机器人全局位姿获取步骤，根据工作区域的激光环境地图获取机器人的全局位姿；二维码相对位姿获取步骤，获取工作区域内二维码的图像，并获取二维码在机器人坐标系下的位姿；二维码全局位姿获取步骤，识别二维码ID，根据二维码在机器人坐标系下的位姿和机器人的全局位姿，计算并记录与二维码ID对应的二维码的全局位姿；机器人相对位姿获取步骤，在机器人当前位姿处获取工作区域内任意二维码的图像，并获取机器人在二维码坐标系下的位姿；二维码全局位姿查询步骤，识别二维码ID，查询与二维码ID相应的二维码的全局位姿；机器人当前位姿获取步骤，根据机器人在二维码坐标系下的位姿和二维码的全局位姿，计算获得机器人的当前全局位姿。2.根据权利要求1所述的室内机器人定位方法，其特征在于：所述机器人全局位姿获取步骤中，根据激光环境地图建立全局坐标系，机器人的全局位姿P0＝(x0,y0,θ0)T；所述二维码相对位姿获取步骤中，二维码在机器人坐标系下的位姿P(a)d＝(x(a)d,y(a)d,θ(a)d)T；所述二维码全局位姿获取步骤中，识别的二维码ID为Da，二维码Da对应的全局位姿：3.根据权利要求1或2所述的室内机器人定位方法，其特征在于，所述机器人相对位姿获取步骤中，获取机器人在二维码坐标系下的位姿的步骤，具体为：获取二维码在机器人坐标系下的位姿，根据二维码在机器人坐标系下的位姿获取机器人在二维码坐标系下的位姿。4.根据权利要求3所述的室内机器人定位方法，其特征在于：二维码在机器人坐标系下的位姿为P(b)d＝(x(b)d,y(b)d,θ(b)d)T，机器人在二维码坐标系下的位姿为P(b)r′：所述二维码全局位姿查询步骤中，识别的任意二维码图像中二维码的ID为Db，查询到的二维码Db的全局位姿为P(b)dm＝(x(b)dm,y(b)dm,θ(b)dm)T；所述机器人全局位姿获取步骤中，机器人的全局位姿为P′：5.根据权利要求1所述的室内机器人定位方法，其特征在于，当机器人相对位姿获取步骤中获取任意二维码的图像包括多个二维码时，还包括第一优化步骤：获取所述多个二维码在机器人坐标系下的位姿；识别所述多个二维码ID，查询与所述多个二维码ID对应的二维码的全局位姿；获取与多个二维码在机器人坐标系下的位姿以及查询到的二维码ID对应的全局位姿相关的第一误差函数；计算第一误差函数的最优化解得到机器人的当前全局位姿。6.根据权利要求5所述的室内机器人定位方法，其特征在于，所述第一误差函数定义为：机器人的当前全局位姿为：其中，Db1，Db2，...，Dbk为所述的多个二维码，二维码Dbi在机器人坐标系下的位姿为P(bi)d，查询到Dbi的全局位姿为P(bi)dm，P为机器人的全局位姿，e(P，P(bi)dm，P(bi)d)为与二维码Dbi相关的误差函数，Ωbi为二维码Dbi位姿观测的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭弟，
申请(专利权)人：杭州南江机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33