一种视觉导航方法技术

本发明专利技术涉及一种视觉导航方法，包括带摄像头的机器人，导航步骤包括，1）机器人进行路径指定点预识别；2）机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄行进图像；3）机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走；4）机器人控制行走前后方向至指定点。本发明专利技术直接将环境作为参考对象，这样不仅能够保障定位精度，也无须额外增加昂贵的电子导航器件、及避免因此发生受电子导航器件定位精度不足而迷航的情况；也无须铺设实际或虚拟轨道，几乎没有后续维护成本；基于已知环境的设计架构，机器人无须进行复杂的环境学习、避免甚至因此发生不可预见的学习结果；本发明专利技术的技术实现非常简单，大大降低了制造成本，从而能够大大扩展机器人的应用范围。

A visual navigation method

【技术实现步骤摘要】
一种视觉导航方法
本专利技术涉及机器人
，尤其是一种机器人视觉导航方法。
技术介绍
导航技术是移动机器人的一项关键技术。通过导航系统对周围环境的感知，对机器人进行实时精准定位，指导使机器人完成多项工作。目前常用的导航方式有固定轨道导航、电子导航、基于虚拟轨道的视觉导航、基于深度学习的移动机器人视觉导航方法等，这些导航方式存在以下不足之处。1、固定导轨导航。地面上铺设金属导线或磁钉的导轨，机器人在导轨上行走。虽然控制简单，但是安装不方便，维护成本高。2、电子导航。包括基于惯性陀螺仪的导航、基于GPS的导航、基于激光雷达的导航，以及各种方法的混合导航，这些方法的导航本身精度不高，而且还易受各种干扰的影响，误差不断累积，容易使机器人导航中迷路。3、基于虚拟轨道的视觉导航。虚拟轨道指的是在地面上画引导线、或者铺设色带、或者铺设二维码导航带，以及各种方式的混合导航带。这些方法一定程度上能够解决导航迷路的问题，但由于在地面上设置各种虚拟轨道，不仅具有一定的工作量，而且容易因灰尘影响遮盖而失去导航路径；在使用一段时间后，必然的磨损将导致完全失效，需要定期更换。如CN102788591B基于视觉信息的机器人沿导引线巡线导航方法，在地面上绘制导引线，控制效果完全依赖于参数，当被控对象的状态不同时最佳参数往往不同。如CN103294059A基于混合导航带的移动机器人定位系统及其方法，其中混合导航带由色带及设置在色带上的二维码标签构成。该专利方法是利用二维码读码器和摄像头来实现移动机器人的精确定位功能，而二维码读码器和摄像头都各自至少一个，对横向纠偏、纵向纠偏及角度纠偏分开处理；如CN103324194A基于二维码导航带的移动机器人定位系统，二维码导航带由多个二维码依次相邻设置构成，设置了大量的二维码标签，且使用至少两个二维码读码器读取二维码，来进行机器人的精确定位，依赖于条带，使机器人左右不偏离导航带行走，虽然提高了行走速度，但是当条带中二维码磨损或缺失时，机器人无法计算出受损二维码和正常二维码之间的距离，机器人行走方向丢失。4、基于深度学习的移动机器人视觉导航方法如CN109341689A基于深度学习的移动机器人视觉导航方法，机器人在未知环境中随机探索并拍摄图像，打标工具对采集的RGB图像进行打标，用目标检测模型对打标图像进行训练，得到满足要求的目标检测模型。该方法主要存在两方面的问题：第一，当目标点相似度很高时机器人无法区分达到了哪个目标点；第二，当目标点周围有遮挡物时无法获取目标点的图像。该方法过于理想化，实用性和有效性有待提高。综上所述，本领域迫切需要一种更为简单可靠的机器人导航方法，以解决机器人在已知环境中执行任务时知道如何行走能稳定可靠地走到目标点完成任务。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种视觉导航方法，解决机器人在已知环境中执行任务时知道如何行走能稳定可靠地走到目标点完成任务的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在机器人行走路径上设置指定点（比如停留点、路径变换点等）进行巡检数据初始化，机器人有了初始化数据后，再次执行任务时，将行走路径中拍摄到的前方当前图像及前方当前图像提取的关键特征和初始化数据对比，就能控制机器人左右方向的行走修正偏差，以及行走多少距离后可以达到指定目标点完成任务。具体为，一种视觉导航方法，包括带摄像头的机器人，导航步骤如下：1、机器人进行路径指定点预识别；所述指定点包括机器人停留点、路径变换点。所述路径变换点包括十字路口、丁字路口、L形路口。进一步地说，步骤1所述机器人进行路径指定点预识别，是指机器人按照行走路径行走，按路径行走顺序拍摄指定点的前方图像作为前方参考图像，并提取前方参考图像的关键特征；直至完成所有行走路径、所有指定点的前方参考图像拍摄、并提取前方参考图像的关键特征。再进一步地说，步骤1所述过程就是机器人在已知环境中进行巡检数据初始化。2、机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄行进图像。进一步地说，步骤2所述机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄行进图像，是指机器人在执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄前进方向的前方图像作为前方当前图像、提取前方当前图像关键特征。3、机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走。进一步地说，步骤3所述机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走，是指机器人根据预识别时前方参考图像关键特征在前方参考图像中的位置比例，与前方当前图像关键特征在前方当前图像中的位置比例进行比较，控制机器人的行走左右方向，使前方当前图像关键特征在前方当前图像中的位置比例，等于机器人预识别时前方参考图像关键特征在前方参考图像中的位置比例。在步骤3中，优选地，机器人预识别时前方参考图像关键特征和前方参考图像两者的中心线重合，那么，如果前方当前图像关键特征的中心线位于前方当前图像的中心线左侧时，机器人需要向左行走纠正偏移；如果前方当前图像关键特征的中心线位于前方当前图像的中心线右侧时，机器人需要向右行走纠正偏移。4、机器人控制行走前后方向至指定点。进一步地说，步骤4所述机器人控制行走前后方向至指定点，是指机器人根据前方当前图像关键特征的图像大小，与机器人预识别时在指定点拍摄的前方参考图像关键特征的图像大小进行比较，控制机器人的行走，使两者大小相同，即机器人到达指定点。进一步地说，本专利技术中机器人执行任务行走时，拍摄的前方当前图像提取的关键特征图像大小是否和前方参考图像提取的关键特征图像大小一致，决定了机器人的前后移动方向。更进一步地说，本专利技术中如果前方当前图像提取的关键特征图像大小小于最近一个指定点的前方参考图像提取的关键特征图像大小，说明机器人未到达指定点，机器人需要继续向前行走；如果前方当前图像提取的关键特征图像大小大于最近一个指定点的前方参考图像提取的关键特征的图像大小，说明机器人已超过指定点，需要反向行走。在上述技术方案中，可选地，导航步骤中还包括：1、所述机器人进行路径指定点预识别，还包括机器人按照行走路径行走，按行走顺序拍摄全部或部分指定点的侧面图像作为侧面参考图像，并提取侧面参考图像的关键特征。2、所述机器人执行任务时，按行走顺序连续拍摄行进图像，还包括机器人在执行任务时，按行走顺序拍摄全部或部分指定点附近的侧面图像作为侧面当前图像，并提取侧面当前图像关键特征。3、所述机器人控制行走前后方向至指定点，还包括机器人在全部或部分指定点根据预识别时侧面参考图像关键特征在侧面参考图像中的位置比例，与侧面当前图像关键特征在侧面当前图像中的位置比例进行比较，控制机器人的行走前后方向，使侧面当前图像关键特征在侧面当前图像中的位置比例，等于预识别时侧面参考图像关键特征在侧面参考图像中的位置比例，即机器人到达指定点。优选地，机器人预识别时侧面参考图像关键特征和侧面参考图像两者的中心线重合。进一步地说，本专利技术中如果侧面当前图像关键特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视觉导航方法，其特征在于：包括带摄像头的机器人，导航步骤包括，/n1）机器人进行路径指定点预识别；所述指定点包括机器人停留点、路径变换点；所述路径变换点包括十字路口、丁字路口以及L形路口；/n2）机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄行进图像；/n3）机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走；/n4）机器人控制行走前后方向至指定点；/n所述机器人进行路径指定点预识别，包括机器人按照行走路径行走，按路径行走顺序拍摄指定点的前方图像作为前方参考图像，并提取前方参考图像的关键特征；直至完成所有行走路径、所有指定点的前方参考图像拍摄、并提取前方参考图像的关键特征；/n所述机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄前进方向的前方图像作为前方当前图像、提取前方当前图像关键特征；/n所述机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走，包括机器人根据预识别时前方参考图像关键特征在前方参考图像中的位置比例，与前方当前图像关键特征在前方当前图像中的位置比例进行比较，控制机器人的行走左右方向，使前方当前图像关键特征在前方当前图像中的位置比例等于机器人预识别时前方参考图像关键特征在前方参考图像中的位置比例；/n所述机器人控制行走前后方向至指定点，包括机器人根据前方当前图像关键特征的图像大小，与机器人预识别时在指定点拍摄的前方参考图像关键特征的图像大小进行比较，控制机器人的行走，使两者大小相同，即机器人到达指定点。/n...

【技术特征摘要】
1.一种视觉导航方法，其特征在于：包括带摄像头的机器人，导航步骤包括，
1）机器人进行路径指定点预识别；所述指定点包括机器人停留点、路径变换点；所述路径变换点包括十字路口、丁字路口以及L形路口；
2）机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄行进图像；
3）机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走；
4）机器人控制行走前后方向至指定点；
所述机器人进行路径指定点预识别，包括机器人按照行走路径行走，按路径行走顺序拍摄指定点的前方图像作为前方参考图像，并提取前方参考图像的关键特征；直至完成所有行走路径、所有指定点的前方参考图像拍摄、并提取前方参考图像的关键特征；
所述机器人执行任务时，按路径行走顺序连续拍摄前进方向的前方图像作为前方当前图像、提取前方当前图像关键特征；
所述机器人控制行走左右方向，使机器人向指定点行走，包括机器人根据预识别时前方参考图像关键特征在前方参考图像中的位置比例，与前方当前图像关键特征在前方当前图像中的位置比例进行比较，控制机器人的行走左右方向，使前方当前图像关键特征在前方当前图像中的位置比例等于机器人预识别时前方参考图像关键特征在前方参考图像中的位置比例；
所述机器人控制行走前后方向至指定点，包括机器人根据前方当前图像关键特征的图像大小，与机器人预识别时在指定点拍摄的前方参考图像关键特征的图像大小进行比较，控制机器人的行走，使两者大小相同，即机器人到达指定点。


2.如权利要求1所述的一种视觉导航方法，其特征在于：所述步骤1）中机器人进行路径指定点预识别，还包括机器人按照行走路径行走，按行走顺序拍摄全部或部分指定点的侧面图像作为侧面参考图像，并提取侧面参考图像的关键特征；
所述步骤2）中所述机器人执行任务时，按行走顺序连续拍摄行进图像，还包括机器人在执行任务时，按行走顺序拍摄全部或部分指定点附近的侧面图像作为侧面当前图像，并提取侧面当前图像关键特征；
所述步骤4）中所述机器人控制行走前后方向至指定点，包括机器人在全部或部分指定点根据预识别时侧面参考图像关键特征在侧面参考图像中的位置比例，与侧面当前图像关键特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄孟文，
申请(专利权)人：常州市盈能电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32