用于自主定位的设备和方法技术

公开了移动机器人，该移动机器人包括：包括至少地图数据的至少一个存储器部件；适于拍摄视觉图像的至少两个相机；以及适于从由该至少两个相机拍摄的视觉图像中至少提取直线、并将它们与地图数据相比较以至少定位机器人的至少一个处理部件。还公开了定位方法，该定位方法包括：使用至少两个相机拍摄视觉图像；使用至少一个处理部件从各个视觉图像中提取直线；将所提取的特征与现有地图数据相比较；以及基于所述比较来输出位置假设。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自主定位的设备和方法
本专利技术涉及由移动机器人执行的定位。更具体地，本专利技术涉及使用多个相机拍摄视觉图像来进行定位。
技术介绍
由于使得能够用于半自主和自主机器人的机器人技术的发展，移动机器人的定位已经成为活跃的研究领域。移动机器人必须具有至少估计其在空间中的位置以具有目的的继续运动的方法。为了估计它的位置，机器人必须使用可以将它本身放置在其上的某种地图。这样的地图可以预先加载到机器人上，也可以由机器人本身来获得。在后一种情况下，可以与机器人定位同时获得该地图，或者可以首先研发该地图以稍后用作定位的一部分。定位的最新架构包括相对于其完成定位的坐标系和作为位置和定向的组合的姿态。可以相对于绝对坐标系(例如GPS坐标)或者相对坐标系(例如相对于某个已知位置和/或对象的定位)来完成定位。可以任意选择坐标系，只要它是一致的并且可以根据需要转换成某个标准坐标系(例如WGS84)即可。多个传感器读数可以有助于姿态计算——所述多个传感器读数可以使用GPS接收器、激光雷达(光雷达)传感器、相机、里程计、陀螺仪、加速度计、磁力计、飞行时间相机以及雷达传感器来确定。在定位的背景下存在重要的区别：可以基于现有的地图来完成，或者可以与地图绘制同时完成。后者被称为SLAM(同时定位和地图绘制)，并且是在探索先前未知的环境的同时执行定位的情况下优选的方法。如果地图已经可用，则该任务变得更容易。例如，在室内环境(例如公寓或医院)或者结构化室外环境(例如联合工厂)中的定位更容易，因为很容易获得详细的地图，并且短期内不可能发生显著改变。在非结构化环境(例如城市、郊区和/或村庄)中进行室外定位是比较大的挑战。首先，公开可用的地图对于机器人的自主运动来说不够精确。其次，即使在地图存在的情况下，它们很可能会由于出现了新的障碍以及旧的道路消失而很快过时。可以在定位系统例如GPS(全球定位系统)、GLONASS(全球导航卫星系统)或伽利略的帮助下完成室外定位。然而，这些系统(可供公众使用)的精确度为1至10米的量级。这对于用于自主机器人导航的定位来说是不够的。定位问题的现有解决方案强烈依赖于要定位的对象的预期应用。US8,717,545B2公开了一种使用来自激光雷达系统的距离和多普勒速度测量结果和来自视频系统的图像来估计目标的六自由度轨迹的系统。一旦估计了该目标的运动方面，就可以生成目标的三维图像。US7,015,831B2公开了一种使用视觉传感器和航位推测(deadreckoning)传感器来处理同时定位和地图绘制(SLAM)的方法和装置。有利地，这样的视觉技术可以用于自主地生成和更新地图。与激光测距仪不同，视觉技术在广泛应用中是经济实用的，并且可以用于相对动态的环境例如人们移动的环境中。所公开的方法可以在室内环境中操作的自动真空清洁器中实现。US8,305,430B2公开了一种用于在单目配置中对任意数目的相机进行固定的或已知的校准的视觉测距系统和方法。从这种分布式光圈系统中的每个相机收集的图像具有可忽略的重叠或者完全无重叠。该系统使用多个相机，但是在比较和细化它们之前分别在每个相机中生成姿态假设。Schindler等人(3DDataProcessing,Visualization,andTransmission,ThirdInternationalSymposium，846-853页，IEEE，2006年)讨论了用于恢复来自多个广泛分离的视图的场景中的3D线条结构的新颖方法。在这种方法中，借助基于EM的消失点估计方法在图像中自动检测2D线条，所述基于EM的消失点估计方法假设沿着相互正交的消失方向存在边缘。呈现了基于跨图像手动创建的特征对应的城市场景的3D重建结果。Murillo,A.C.等人(RoboticsandAutonomousSystems55，第5号(2007年)：372-382)提出了一种用于使用全向相机的全球机器人定位的新的基于视觉的方法。拓扑和度量定位信息被组合在高效的、分层过程中，其中，每个步骤比前一步骤更复杂和准确，但是评估的图像更少。
技术实现思路
在权利要求以及在下面的描述中说明了本专利技术。在从属权利要求和各种实施方式的描述中具体地说明了优选的实施方式。在第一方面，本专利技术提供了一种移动机器人，其包括(i)包括至少地图数据的至少一个存储器部件；(ii)适于拍摄环境的视觉图像的至少两个相机；以及(iii)适于从由至少两个相机拍摄的视觉图像中至少提取直线、并将它们与地图数据相比较以至少定位机器人的至少一个处理部件。在第二方面，提供了使用本专利技术的定位方法。定位方法可以使用本文中所描述的系统的任何特征。定位方法可以包括使用至少两个相机拍摄视觉图像。定位方法还可以包括使用至少一个处理部件从各个视觉图像中提取直线。该方法还可以包括将所提取的特征与现有地图数据相比较。该方法还可以包括基于所提取的特征与地图数据之间的比较来输出位置假设。在一些实施方式中，定位方法还可以包括使用所输出的位置假设来输出移动机器人姿态的步骤。该方法还可以包括使用所获得的姿态来对移动机器人进行导航。在一些实施方式中，机器人可以适于对其本身进行导航，即机器人是自主的和/或半自主的。在一些实施方式中，将所提取的特征和/或直线与现有地图数据相比较并输出位置假设可以包括使用迭代概率算法来确定在给定所存储的地图数据的情况下的最佳位置假设。在一些优选的实施方式中，可以使用基于粒子滤波的算法。特别地，使用迭代概率算法是有利的，因为地图数据和从相机图像中提取的线条均可以包括与机器人的传感器(例如相机)相关联的误差和/或与生成地图数据的过程相关联的误差。为了处理数据及其相关联的误差，将概率分配给不同的可能的结果或输出并对它们进行迭代处理是可行的。这可以导致更稳健且更可靠的输出、增加定位方法的成功。在另一实施方式中，本专利技术提供了包括至少两个移动机器人的移动机器人集合，并且每个机器人包括：(i)包括至少地图数据的至少一个存储器部件；(ii)适于拍摄环境的视觉图像的至少两个相机；(iii)适于从由至少一个相机拍摄的视觉图像中至少提取特征、并将它们与地图数据相比较以至少定位机器人的至少一个处理部件；以及(iv)适于在机器人之间发送和接收数据特别是图像和/或地图数据的至少一个通信部件。在另一实施方式中，提供了使用本专利技术的地图绘制方法。该地图绘制方法可以使用上文和下文列出的系统的任何特征。该地图绘制方法包括：(i)操作包括至少两个相机和至少一个处理部件的至少一个移动机器人；(ii)使用至少一个机器人的至少两个相机拍摄视觉图像；(iii)对通过组合来自至少两个相机的视觉图像而生成的文件执行预处理；(iv)使用至少一个处理部件从各个视觉图像中提取特征；以及(v)使用从视觉图像中所提取的特征来构建地图数据。在另一实施方式中，提供了使用本专利技术的定位方法。该定位方法可以使用本文中所描述的系统的任何特征。该定位方法包括：(i)操作包括至少两个相机、至少一个存储器部件以及至少一个处理部件的至少一个移动机器人；(ii)使用至少一个机器人的至少两个相机部件拍摄视觉图像；(iii)对通过组合来自至少两个相机的视觉图像而生成的文件执行预处理；(iv)使用至少一个处理部件从各个视觉图像中提取特征；(v)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动机器人，包括：(a)包括至少地图数据的至少一个存储器部件；(b)适于拍摄视觉图像的至少两个相机；以及(c)适于从由所述至少两个相机拍摄的所述视觉图像中至少提取直线、并将它们与所述地图数据相比较以至少定位所述机器人的至少一个处理部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.02 EP 15192649.01.一种移动机器人，包括：(a)包括至少地图数据的至少一个存储器部件；(b)适于拍摄视觉图像的至少两个相机；以及(c)适于从由所述至少两个相机拍摄的所述视觉图像中至少提取直线、并将它们与所述地图数据相比较以至少定位所述机器人的至少一个处理部件。2.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，其中，每个相机适于每秒捕捉3至5个图像，优选地每秒捕捉4个图像。3.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，包括至少4个相机，优选地包括9个相机。4.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，其中，所述处理部件适于以至多10cm、优选地至多5cm、更优选地至多3cm的误差来定位所述机器人。5.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，适于使用来自所述处理部件的定位数据进行导航。6.根据前一项权利要求所述的机器人，其中，所述处理部件适于通过如下方式确定所述机器人的定位：处理来自传感器的数据以获得大致位置，并且基于对从所述视觉图像中提取的特征的处理来细化所述定位，其中所述传感器包括以下中的至少一个或组合：至少一个GPS部件、至少一个加速度计、至少一个陀螺仪、至少一个里程计、至少一个磁力计、至少一个压力传感器、至少一个超声波传感器、至少一个飞行时间相机传感器和/或至少一个激光雷达传感器。7.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，还包括适于与一个或更多个服务器交换数据特别是图像和/或地图数据的通信部件，所述通信部件优选地包括用于至少一个订户身份模块(SIM卡)的至少一个槽和/或调制解调器和/或网络设备，优选地包括用于两个SIM卡的两个槽和/或两个调制解调器和/或两个网络设备。8.根据前一项权利要求所述的机器人，其中，所述机器人还适于以特定间隔和/或在请求输入之后从所述服务器接收导航指令。9.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，其中，所述机器人适于自主地和/或半自主地移动。10.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人，其中，所述机器人适于以不超过10km/h、或不超过8km/h、或不超过6km/h、优选地在3km/h与6km/h之间、或更优选地在4km/h与5km/h之间的速度行进。11.根据前述权利要求中的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿赫蒂·海因拉，卡勒拉斯穆斯·沃尔科夫，林赛·罗伯茨，因德列克·曼德雷，
申请(专利权)人：星船科技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：爱沙尼亚,EE