一种机器人视觉导航地图的创建方法技术

本发明专利技术涉及一种机器人视觉导航地图的创建方法，包括：设置路标的数量，设定一起始路标；机器人从起始路标开始识别路标，对路标进行相机标定，并对每个路标进行层级划分；计算所有相邻层级的具有直属关系的两个路标坐标系的转换关系矩阵。本发明专利技术使用多叉树结构来表达相邻路标之间的层级关系，同时使用相机标定与平面坐标系之间的坐标变换矩阵来作为路标坐标系之间的数学转换表达，有利于简化后续的路径规划算法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人视觉导航领域，特别涉及一种机器人视觉导航地图的创建方法。
技术介绍
为了实现机器人视觉导航，需要设置路标和导航模块，所述路标可以设置在室内的天花板上；所述导航模块为了拍摄与识别所述路标，一般包括相机、图像处理单元与计算单元，所述相机设置在机器人头部顶端，所述图像处理单元、计算单元设置在机器人内部。机器人视觉导航的地图创建一般是指机器人通过所述相机拍摄路标与导航模块内的图像处理单元、计算单元等进行路标识别、标定，并计算确定各路标之间的位置关系。机器人视觉导航地图创建好之后保存在机器人中，这样，当机器人再次回到本场景的时候，不需要再次重复繁杂的建图步骤，而是简单的重新加载该地图即可。并且，如果将多台机器人放在同一场景使用，保存有该地图的机器人可以将该地图传输给未保存该地图的其他机器人使用。现有的机器人视觉导航地图的创建有多种方法，比较简单的方法是利用所述导航模块中包括的摄像机对场景地图进行图像识别，并且基于摄像机坐标系保存起来。这样的方法看似简单，但实际使用过程中，运算量大，不利于后续机器人导航路径的规划。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的机器人视觉导航地图的创建运算量大，不利于后续导航路线的规划的问题。为实现上述目的，一种机器人视觉导航地图的创建方法，包括：S100：设置路标的数量，设定一起始路标；S200：机器人从起始路标开始识别路标，对路标进行相机标定，并对每个路标进行层级划分；S300：计算所有相邻层级的具有直属关系的两个路标坐标系的转换关系矩阵。进一步地，步骤S100还包括设置所述路标中的尺寸，所述机器人可使用所述尺寸将实际空间与相机坐标系下的尺寸进行转换。进一步地，所述路标包括：第一坐标标记，用于确定路标坐标系的X轴；第二坐标标记，用于确定路标坐标系的Y轴；区域标记，用于确定路标所在的空间位置，所述区域标记包括多个等距离的信息块，所述尺寸是所述信息块之间的距离或者信息块的长度。进一步地，所述起始路标设定为位于所有路标所处空间中央位置的路标。进一步地，步骤S200还包括：以路标为节点，采用多叉树结构对路标进行层级划分，所述起始路标为第一层级路标。进一步地，所述第一层级路标只有1个。进一步地，所述路标的层级数的确定方法如下：机器人从已划分层级的路标出发，能够同时识别到所述已划分层级的路标与其他未划分层级路标时，将所述其他未划分层级路标的层级数划分为比所述已划分层级的路标大一个层级。进一步地，所述直属关系是指，如果两个路标之间的层级相差一个层级，且层级较大的路标的层级是根据层级较小的路标的层级而直接确定的，则这两个路径具有直属关系；所述具有直属关系的相邻层级两个路标在所述多叉树结构中直接相连。进一步地，当多叉树结构中的路标数量与预先设置的路标数量相同，并且计算完成所有相邻层级的具有直属关系的两个路标坐标系的转换关系矩阵时，地图创建完成。进一步地，所述相机标定的的时刻是机器人能够稳定并且准确的反映出识别的路标的时刻。进一步地，所述S300中，设OXY、O'X'Y'是两个相邻路标的坐标系，O'在OXY中的坐标为(tx,ty),由X轴到X'轴的角度为θ，则所述转换关系矩阵A是一个可逆矩阵，即： A = c o s θ - s i n θ t x s i n θ cos θ t y 0 0 1 ]]>与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：本技术方案的一种机器人视觉导航地图的创建方法，通过使用多叉树结构来表达相邻路标之间的层级关系，同时使用相机标定与平面坐标系之间的坐标变换矩阵来做为路标坐标系之间的数学转换表达，有利于简化后续的路径规划算法。附图说明图1为本专利技术一种机器人视觉导航地图的创建方法的流程图。图2为本专利技术一种机器人视觉导航地图的创建方法的多叉树结构图。图3为本专利技术一种机器人视觉导航地图的创建方法的路标设置示意图。图4为本专利技术一种机器人视觉导航地图的创建方法的路标结构示意图。图5-7为本专利技术一种机器人视觉导航地图的创建方法的层级划分示意图。(注意：附图中的所示结构只是为了说明本专利技术特征的示意，并非是要依据附图所示结构。)具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。本专利技术提供了一种机器人视觉导航地图的创建方法。所述机器人视觉导航地图的创建方法，参考图1，包括：S100，设置路标的数量，设定一起始路标。在本实施例中，参考图2，所述的机器人视觉导航地图的创建，是指以路标为节点构建多叉树结构，将此多叉树结构作为机器人视觉导航地图并保存。在本实施例中，参考图3，所述路标的数量根据导航需求设置为7个，包括起始路标E，第二层级一路标D,第二层级二路标F，第三层级一路标A,第三层级二路标B，第三层级三路标C，第三层级四路标G。在其他实施例中，所述路标的数量根据导航的需求可以设置任意数量，比如2个，比如3个,比如100个，只要所述路标数量能够满足机器人视觉导航需求即可。所述起始路标可以设定为所有路标中的任意一个，但一般选取位于所有路标所处空间中央位置的路标。因为在多叉树地图构建过程中，相机标定与坐标转换关系矩阵计算都存在不可避免的误差，并且误差是相乘叠加的；假设起始路标E与第二层级一路标D的相机标定与坐标转换关系计算误差为Δ1，第二层级一路标D与第三层级一路标A的相机标定与坐标转换关系计算误差为Δ2，则起始路标E到第三层级一路标A间的标定与计算误差为Δ0＝Δ1＊Δ2，因而，一般选择位于所有所述路标所处空间的中央位置的路标为起始路标，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人视觉导航地图的创建方法，其特征在于，包括：S100：设置路标的数量，设定一起始路标；S200：机器人从起始路标开始识别路标，对路标进行相机标定，并对每个路标进行层级划分；S300：计算所有相邻层级的具有直属关系的两个路标坐标系的转换关系矩阵。

【技术特征摘要】
1.一种机器人视觉导航地图的创建方法，其特征在于，包括：S100：设置路标的数量，设定一起始路标；S200：机器人从起始路标开始识别路标，对路标进行相机标定，并对每个路标进行层级划分；S300：计算所有相邻层级的具有直属关系的两个路标坐标系的转换关系矩阵。2.根据权利要求1所述的机器人视觉导航地图的创建方法，其特征在于，步骤S100还包括设置所述路标中的尺寸，所述机器人可使用所述尺寸将实际空间与相机坐标系下的尺寸进行转换。3.根据权利要求2所述的机器人视觉导航地图的创建方法，其特征在于，所述路标包括：第一坐标标记，用于确定路标坐标系的X轴；第二坐标标记，用于确定路标坐标系的Y轴；区域标记，用于确定路标所在的空间位置，所述区域标记包括多个等距离的信息块，所述尺寸是所述信息块之间的距离或者信息块的长度。4.根据权利要求2所述的机器人视觉导航地图的创建方法，其特征在于，所述起始路标设定为位于所有路标所处空间中央位置的路标。5.根据权利要求2所述的机器人视觉导航地图的创建方法，其特征在于，以路标为节点，采用多叉树结构对路标进行层级划分，所述起始路标为第一层级路标，第一层级路标只有1个。6.根据权利要求5所述的机器人视觉导航地图的创建...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔徽，张腾飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工大服务机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23