机器人在运动区域的地图构建及定位方法技术

本申请公开了一种机器人在运动区域的地图构建方法、定位方法、同步定位及地图构建的方法，运动区域内设置有多个基准标记，其中地图构建方法包括：在运动区域识别至少两基准标记，识别至少两基准标记时所在的位置为机器人全局坐标系的初始原点，获得基准标记的坐标信息；运动到下一位置，识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记，根据已确定坐标信息的基准标记获得未确定坐标信息的基准标记相对初始原点的坐标信息；重复上一步骤，直至获取所有基准标记的坐标信息；根据所有基准标记的坐标信息构建标记地图。本申请的方法能够通过基准标记构建运动区域的地图，并能够基于地图及基准标记在运动区域实现自主定位。

Map Construction and Location Method of Robot in Motion Area

【技术实现步骤摘要】
机器人在运动区域的地图构建及定位方法
本申请涉及机器人地图构建及定位领域，尤其是涉及一种机器人在运动区域的地图构建方法、定位方法，以及同步定位及地图构建的方法。
技术介绍
机器人可以用于执行巡逻、监察、运输等任务，在室外，可通过全球定位系统GPS以及地图数据进行定位，继而实现定位导航路径规划等功能。而在室内，GPS信号较弱，因此在进行导航时，通常使用激光雷达等设备，而激光雷达造价较高，导致机器人实现室内定位导航的成本较高；若不使用激光雷达，则容易造成定位精度不高的问题。
技术实现思路
本申请提供一种机器人在运动区域的地图构建方法、定位方法，以及同步定位及地图构建的方法，以解决现有技术中机器人室内定位成本较高或精度不高的问题。为解决上述技术问题，本申请提供一种机器人在运动区域的地图构建方法，运动区域设置有多个基准标记；该方法包括：机器人在运动区域的初始位置识别至少两个基准标记；将机器人识别至少两个基准标记时所在的位置作为机器人全局坐标系的初始原点，并获得至少两个基准标记相对初始原点的坐标信息；机器人运动到下一位置时，在下一位置识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记，以根据已确定坐标信息的基准标记获得未确定坐标信息的基准标记相对初始位置的坐标信息；重复上一步骤，直至获取所有基准标记相对初始位置的坐标信息；根据所有基准标记的坐标信息构建标记地图。为解决上述技术问题，本申请还提供一种机器人在运动区域的定位方法，运动区域内设置有多个基准标记；方法包括：机器人根据控制数据在运动区域内从初始位置运动到定位位置；根据控制数据和初始位置坐标信息确定定位位置的控制估计坐标信息；机器人在定位位置识别至少一基准标记，以获得观测数据；机器人根据观测数据和基准标记的坐标信息确定定位位置的观测估计坐标信息；根据控制估计坐标信息和观测估计坐标信息确定定位位置的坐标信息。为解决上述技术问题，本申请还提供一种机器人在运动区域的同步定位和地图构建的方法，运动区域内设置有多个基准标记；该方法包括：机器人在运动区域内于初始位置处识别至少两个基准标记；将所述初始位置作为机器人全局坐标系的初始原点，获得至少两个基准标记相对初始原点的坐标信息，并根据基准标记的坐标信息生成标记地图；机器人根据控制数据从初始位置运动到定位位置，在定位位置识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记；根据已确定坐标信息的基准标记获得未确定坐标信息的基准标记相对初始位置的坐标信息，并根据获得的坐标信息更新标记地图；根据控制数据和初始位置确定定位位置的控制估计坐标信息；机器人在定位位置观测基准标记以获得观测数据；根据观测数据和基准标记的坐标信息确定定位位置的观测估计坐标信息；根据控制估计坐标信息和观测估计坐标信息确定定位位置的坐标信息。本申请机器人在运动区域的地图构建方法能够对运动区域进行地图构建，运动区域内设置多个基准标记，机器人首先在初始位置识别至少两个基准标记，将初始位置作为机器人全局坐标系的初始原点，即建立全局坐标系，从而获得至少两个基准坐标在全局坐标系的坐标信息；然后识别已确定坐标信息的基准标记和未确定坐标信息的基准标记，从而根据已确定坐标信息的基准标记来获得未确定坐标信息的基准标记相对初始原点的坐标信息，重复该步骤，从而实现获取整个运动区域内所有基准标记的坐标信息，基于所有基准标记的坐标信息即能构建标记地图。本申请利用基准标记实现对运动区域的地图构建，基于所构建的地图以及地图中的基准标记，能够实现机器人的准确定位。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请机器人在运动区域的地图构建方法一实施例的流程示意图；图2是图1所示地图构建方法一实施例中基准标记的示意图；图3是图1所示地图构建方法一实施例中设置有基准标记的运动区域的示意图；图4(a)是图1所示地图构建方法一实施例中基准标记设置在地面上的示意图；图4(b)是图1所示地图构建方法一实施例中基准标记设置在墙面上的示意图；图4(c)是图1所示地图构建方法一实施例中基准标记设置在台阶上的示意图；图5是图1所示地图构建方法一实施例中所构建的标记地图的示意图；图6是本申请机器人在运动区域的定位方法一实施例的流程示意图；图7是图6所示定位方法一实施例中机器人在运动区域进行定位的示意图；图8是本申请机器人在运动区域的同步定位和地图构建的方法一实施例的流程示意图；图9是本申请机器人一实施例的结构示意图；图10是本申请计算机存储介质一实施例的结构示意图。具体实施例为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术机器人的运动控制方法和运动控制系统做出进一步详细描述。本申请中机器人通过基准标记实现对一个运动区域的地图构建，并基于所构建的地图实现定位导航等。其中运动区域可以是商场、车间、仓库等室内区域，在实现本申请的方法时，需要在运动区域内设置多个基准标记，机器人在初始位置时对至少两个基准标记进行识别，以初始位置作为机器人全局坐标系的初始原点，继而可获得两个基准标记相对初始原点的坐标信息，即其在机器人全局坐标系中的坐标，再根据已确定坐标信息的基准标记位置，利用机器人所识别的其他基准标记信息来确定其相对于全局坐标系原点的坐标位置。根据所获得的所有坐标信息构建标记地图，继而得到基于机器人全局坐标系的标记地图。请参阅图1，图1是本申请机器人在运动区域的地图构建方法一实施例的流程示意图。本实施例中运动区域内设置有多个基准标记，基准标记可以是具有可识别特征的图标，其中图标的顶点可被检测并用于计算该基准标记相对机器人的位姿信息。基准标记可以是正方形的视觉图案，例如Aruco码或AprilTag码，如图2所示，图2是图1所示地图构建方法一实施例中基准标记的示意图。其中正方形标记的黑边四个顶点则可被检测出从而计算得出基准标记相对机器人的相对位姿。正方形标记内部是二进制编码矩阵，该矩阵决定了该基准标记的识别信息。当使用本实施例的方法进行地图构建时，需要在运动区域内设置多个基准标记，如图3中所示，图3是图1所示地图构建方法一实施例中设置有基准标记的运动区域的示意图。图3所示的运动区域中地面上均设置有多个基准标记，若仅在地面设置基准标记，则可建立二维标记地图；若在地面和墙面上均设置基准标记，则可建立三维标记地图。在实际应用中，基准标记可设置在运动区域空间内的各种位置，若对仓库进行地图构建，则还可将基准标记设置在货架上等，对商场进行地图构建时，可将基准标记设置在楼梯上，继而实现对多层空间进行地图构建。具体设置方式请参考图4(a)，图4(b)和图4(c)，图4(a)(b)(c)分别是图1所示地图构建方法一实施例中基准标记不同设置方式的示意图。本实施例是根据运动区域内所设置的基准标记进行标记地图的构建，因而运动区域内所设置的基准标记越多，则所构建的标记地图越全面准确。具体来说，本实施例地图构建方法包括以下步骤。S101：机器人在运动区域识别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人在运动区域的地图构建方法，其特征在于，所述运动区域设置有多个基准标记；所述方法包括：所述机器人在所述运动区域识别至少两个基准标记；将所述机器人识别所述至少两个基准标记时所在的位置作为机器人全局坐标系的初始原点，并获得所述至少两个基准标记相对所述初始原点的坐标信息；所述机器人运动到下一位置，在所述下一位置识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记，以根据所述已确定坐标信息的基准标记获得所述未确定坐标信息的基准标记相对所述初始原点的坐标信息；重复上一步骤，直至获取所有所述基准标记相对所述初始原点的坐标信息；根据所有所述基准标记的坐标信息构建标记地图。

【技术特征摘要】
1.一种机器人在运动区域的地图构建方法，其特征在于，所述运动区域设置有多个基准标记；所述方法包括：所述机器人在所述运动区域识别至少两个基准标记；将所述机器人识别所述至少两个基准标记时所在的位置作为机器人全局坐标系的初始原点，并获得所述至少两个基准标记相对所述初始原点的坐标信息；所述机器人运动到下一位置，在所述下一位置识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记，以根据所述已确定坐标信息的基准标记获得所述未确定坐标信息的基准标记相对所述初始原点的坐标信息；重复上一步骤，直至获取所有所述基准标记相对所述初始原点的坐标信息；根据所有所述基准标记的坐标信息构建标记地图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人上设置有视觉传感器；所述机器人在所述运动区域识别至少两个基准标记，包括：所述机器人在所述运动区域通过所述视觉传感器识别至少两个基准标记，获取所述至少两个基准标记相对所述视觉传感器的位姿信息；所述获得所述至少两个基准标记相对所述初始原点的坐标信息，包括：根据所述位姿信息获得所述基准标记相对所述初始原点的坐标信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基准标记为方形；所述获取所述至少两个基准标记相对所述视觉传感器的位姿信息的步骤包括：识别所述至少两个基准标记的四个顶点以确定所述基准标记的中心点；获取所述基准标记的中心点相对所述视觉传感器的位姿信息，以作为所述基准标记相对所述视觉传感器的位姿信息。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述下一位置识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记的步骤包括：获取所述至少一已确定坐标信息的基准标记的图像标记尺寸，以及所述至少一未确定坐标信息的基准标记相对所述至少一已确定坐标信息的基准标记的图像位置信息；比较所述至少一已确定坐标信息的基准标记的图像标记尺寸和实际标记尺寸，获得图像与实际的转换关系；根据所述转换关系和所述图像位置信息算得所述至少一未确定坐标信息的基准标记相对所述至少一已确定坐标信息的基准标记的实际位置信息；所述根据所述已确定坐标信息的基准标记获得所述未确定坐标信息的基准标记相对所述初始原点的坐标信息的步骤包括：根据所述已确定坐标信息的基准标记和所述实际位置信息，获得所述未确定坐标信息的基准标记相对所述初始原点的坐标信息。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人在所述运动区域识别至少两个基准标记的步骤，或者所述机器人运动到下一位置，在所述下一位置识别至少一已确定坐标信息的基准标记和至少一未确定坐标信息的基准标记的步骤包括：对拍摄到的所述基准标记进行二值化处理，以获得二值化图像；对所述二值化图像进行网格化，以将所述二值化图像划分成多个网格区域；按照每个网格区域的二值化数值进行编码，以作为所述基准标记所对...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊友军，罗茜，索毅，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44