二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种二维码以及用于机器人的视觉‑惯性组合导航系统及方法。二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和二维码均用于视觉导航。用于机器人的视觉‑惯性组合导航系统采用前述二维码。用于机器人的视觉‑惯性组合导航方法包括：在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码；在机器人行进过程中，成像设备拍摄图像；获取成像设备的绝对位置和绝对方向角，获得二维码的绝对坐标，成像设备的绝对位置和绝对方向角；确定机器人相对其当前起始点的相对位置和相对其当前起始方向角的相对方向角；得到机器人的绝对位置，利用该绝对位置作为下一起始点；得到机器人的绝对方向角，利用该绝对方向角作为下一起始方向角。

Two dimensional code and vision inertial integrated navigation system and method for robot

The embodiment of the present invention provides a two-dimensional code and a visual inertial integrated navigation system and method for a robot. The two-dimensional code has a closed auxiliary border on the periphery, which is used for visual navigation. The vision inertial navigation system for robot uses the two-dimensional code mentioned above. Visual-inertial integrated navigation methods for robots include: laying a number of two-dimensional codes with closed auxiliary frames on the ground; photographing images by imaging equipment during the process of robot walking; acquiring absolute position and absolute direction angle of imaging equipment, obtaining absolute coordinates of two-dimensional codes, and absolute imaging equipment. Position and absolute direction angle; determine the relative position of the robot relative to its current starting point and the relative direction angle of its current starting direction angle; get the absolute position of the robot, using this absolute position as the next starting point; get the absolute direction angle of the robot, using this absolute direction angle as the next starting direction Angle.

【技术实现步骤摘要】
二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法相关申请的交叉引用本申请为2015年6月1日提交的中国专利申请号为“201510293436.9”的分案申请，其全部内容作为整体并入本申请中。
本专利技术涉及导航领域，具体而言涉及一种二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法。
技术介绍
视觉-惯性组合导航凭借其良好的互补性和自主性逐渐成为导航领域的重要发展方向和极具发展前景的导航技术。惯性导航是一种不依赖外界信息的自主式导航系统，具有实时性好、抗干扰性强等优点，但其精度误差会造成累积漂移误差,在较长时间内难以达到定位的要求。因此，在视觉/惯性组合导航中，视觉导航用以辅助定位修正惯性导航的漂移,从而提供一种高精度的组合定位方式。从工程应用角度看，视觉导航的精确性、鲁棒性和实时性是影响视觉/惯性组合导航性能的重要因素。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法，其能有效加快二维码区域的筛选效率、成像设备的绝对位置和绝对方向角的计算效率，实时地修正惯性导航的漂移，以更可靠地以视觉/惯性组合的方式实现机器人的高精度实时导航。为了实现上述目的，在第一方面，本专利技术实施例提供了一种二维码，其中所述二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和所述二维码均用于视觉导航。为了实现上述目的，在第二方面，本专利技术实施例提供了一种用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，包括：控制设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在行进路线上经过铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码，以获得二维码的图像；针对拍摄的二维码的图像进行边缘提取，以获得边缘图像；针对边缘图像进行筛选，以获得封闭的轮廓曲线；针对封闭的轮廓曲线进行多边形拟合，并将辅助边框的轮廓在尺寸和形状均相同的封闭的轮廓曲线确定为辅助边框；基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域；基于确定的辅助边框和确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角；利用二维码扫描程序对二维码的图像在二维码区域内进行扫描，以扫描二维码，并基于二维码编码规则对扫描后的二维码进行解码和校验，以获得二维码的绝对坐标；基于计算出的成像设备的相对位置和相对方向角以及获得的二维码的绝对坐标，经坐标系转换，获得成像设备的绝对位置和绝对方向角，作为惯性导航中修正机器人位置的视觉导航数据；获得机器人相对机器人的当前起始点的相对位置以及机器人相对机器人的当前起始方向角的相对方向角；机器人的相对位置和相对方向角是由设置在机器人上的编码器和惯性导航系统确定的；对成像设备的绝对位置和机器人的相对位置进行计算，以得到机器人的绝对位置，并利用得到的机器人的绝对位置作为惯性导航中确定机器人的下一起始位置，以及，对成像设备的绝对方向角和机器人的相对方向角进行估计，以得到机器人的绝对方向角，并利用得到的机器人的绝对方向角作为惯性导航中确定机器人的下一起始方向角。为了实现上述目的，在第三方面，本专利技术实施例提供了一种用于视觉-惯性组合导航的二维码区域筛选方法，所述视觉-惯性组合导航运用在机器人上，该方法包括：控制设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在行进路线上经过铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码，以获得二维码的图像；针对拍摄的二维码的图像进行边缘提取，以获得边缘图像；针对边缘图像进行筛选，以获得封闭的轮廓曲线；针对封闭的轮廓曲线进行多边形拟合，并将辅助边框的轮廓在尺寸和形状均相同的封闭的轮廓曲线确定为辅助边框；基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域。为了实现上述目的，在第四方面，本专利技术实施例提供了一种服务器，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机被所述处理器执行第二方面中所述的方法。为了实现上述目的，在第五方面，本专利技术实施例提供了一种服务器，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机被所述处理器执行第三方面中所述的方法。为了实现上述目的，在第六方面，本专利技术实施例提供了一种用于机器人的视觉-惯性组合导航系统，包括本专利技术实施例的第一方面所述的二维码以及本专利技术实施例的第四方面所述的机器人，或者包括本专利技术实施例的第一方面所述的二维码以及本专利技术实施例的第五方面所述的机器人；多个所述二维码铺设在地面上。本专利技术实施例的有益效果如下：在本专利技术的二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法中，采用外围带有封闭的辅助边框的二维码，能有效加快二维码区域的筛选效率、成像设备的绝对位置和绝对方向角的计算效率；由于在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码，在机器人行进过程中，通过设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在其行进路线上经过的铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码的图像，之后经过计算得到机器人的绝对位置和绝对方向角，并利用得到机器人的该绝对位置和绝对方向角作为惯性导航系统确定机器人的下一起始点和下一起始方向角，从而可以在机器人行进过程中每拍摄到经过的外围带有辅助边框的二维码的图像，就进行如此处理，实时地修正惯性导航的漂移，以更可靠地以视觉/惯性组合的方式实现机器人的高精度实时导航。附图说明图1示出根据本专利技术的二维码；图2示出在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码的示意图；图3为在根据本专利技术的用于机器人的视觉-惯性组合导航方法中的步骤S4中确定机器人的当前起始点的相对位置的计算示意图。具体实施方式下面参照附图来说明本专利技术的二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法。首先说明根据本专利技术第一方面的二维码。图1示出根据本专利技术第一方面的二维码，如图1所示，所述二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和所述二维码均用于视觉导航。在图1中，黑色最外的边框为辅助边框，辅助边框的色彩无限制，只要与二维码的背景色足以区分即可。此外，该辅助边框和所述二维码均用于视觉导航，本专利技术的辅助边框不起修饰作用。在根据本专利技术第一方面所述的二维码中，辅助边框可为方形。由于目前的二维码的轮廓都是方形，采用方形的辅助边框，包络二维码的轮廓的辅助边框最小，从而在识别时容易且最快。但是如果采用其他形状，例如三角形，包络线非常大，也不容易判断。当然不限于此，如果二维码的轮廓变化，也可采用与二维码的轮廓几何相似的辅助边框。在根据本专利技术第一方面所述的二维码中，二维码可为QR码。但不限于此，可以选用任何合适的二维码。其次说明根据本专利技术第二方面的用于机器人的视觉-惯性组合导航系统。根据本专利技术第二方面的用于机器人的视觉-惯性组合导航系统采用本专利技术第一方面所述的二维码，且在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码(如图2所示)。图2示出在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码的示意图，其只是一个示意，多个外围带有封闭的辅助边框的二维码在在地面上的铺设可以视实际情况来布置。最后说明根据本专利技术第三方面的用于机器人的视觉-惯性组合导航方法。根据本专利技术第三方面的用于机器人的视觉-惯性组合导航方法包括步骤：步骤S1，在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码；步骤S2，在机器人行进过程中，通过设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在其行进路线上经过的铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维码，其特征在于，所述二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和所述二维码均用于视觉导航。

【技术特征摘要】
1.一种二维码，其特征在于，所述二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和所述二维码均用于视觉导航。2.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于，辅助边框为方形。3.根据权利要求1所述的二维码，其特征在于，二维码为QR码。4.一种用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，其特征在于，包括：控制设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在行进路线上经过铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码，以获得二维码的图像；针对拍摄的二维码的图像进行边缘提取，以获得边缘图像；针对边缘图像进行筛选，以获得封闭的轮廓曲线；针对封闭的轮廓曲线进行多边形拟合，并将辅助边框的轮廓在尺寸和形状均相同的封闭的轮廓曲线确定为辅助边框；基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域；基于确定的辅助边框和确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角；利用二维码扫描程序对二维码的图像在二维码区域内进行扫描，以扫描二维码，并基于二维码编码规则对扫描后的二维码进行解码和校验，以获得二维码的绝对坐标；基于计算出的成像设备的相对位置和相对方向角以及获得的二维码的绝对坐标，经坐标系转换，获得成像设备的绝对位置和绝对方向角，作为惯性导航中修正机器人位置的视觉导航数据；获得机器人相对机器人的当前起始点的相对位置以及机器人相对机器人的当前起始方向角的相对方向角；机器人的相对位置和相对方向角是由设置在机器人上的编码器和惯性导航系统确定的；对成像设备的绝对位置和机器人的相对位置进行计算，以得到机器人的绝对位置，并利用得到的机器人的绝对位置作为惯性导航中确定机器人的下一起始位置，以及，对成像设备的绝对方向角和机器人的相对方向角进行估计，以得到机器人的绝对方向角，并利用得到的机器人的绝对方向角作为惯性导航中确定机器人的下一起始方向角。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于确定的辅助边框和确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角，包括：根据确定的辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算出成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置和相对方向角，作为成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据确定的辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算出成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置和相对方向角，包括：根据辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算得到辅助边框中心的图像像素坐标，将图像像素坐标乘以比例因子即为成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置；其中，比例因子k＝行长度/行像素个数；由辅助边框中心点与二维码的图像中心点组成一条直线，计算直线与竖直方向的夹角，为成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对方位角。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于计算出的成像设备的相对位置和相对方向角以及获得的二维码的绝对坐标，经坐标系转换，获得成像设备的绝对位置和绝对方向角，包括：设二维码的绝对坐标为(x1，y1)，绝对方向角为θ，设成像设备的相对位置为(x1’，y1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪波，刘凯，陈曦，郑勇，
申请(专利权)人：北京极智嘉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11