机器人视觉识别定位方法技术

本发明专利技术提供了机器人视觉识别定位方法，其从机器人当前所处环境的全景影像中识别得到若干预定标识物的存在位置信息，以此确定机器人在所处环境的活动边界线分布信息，从而确定机器人的可活动范围；当机器人在可活动范围内部运动时，拍摄与分析机器人的运动前方影像，确定在机器人运动前方方向的障碍物存在信息，再以此确定机器人在运动过程中与障碍物之间的位置变化趋势，从而调整机器人的运动状态，上述定位方法通过识别全景影像确定机器人的可活动范围，确保机器人能够在相应的区域范围内自由运动，同时在运动过程中识别前方存在的障碍物，调整机器人的运动状态，避免机器人在运动过程中与障碍物发生碰撞，提高机器人运动的可控性和安全性。的可控性和安全性。的可控性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
机器人视觉识别定位方法


[0001]本专利技术涉及机器人运动控制的
，特别涉及机器人视觉识别定位方法。

技术介绍

[0002]扫地机器人等智能家居清扫机器人用于对固定区域环境进行自动清扫。扫地机器人的运动范围直接决定其清扫面积的大小。现有技术都是预先设定扫地机器人的运动路径，这样扫地机器人会沿着预定运动路径来回往复运动，从而对预定运动路径所覆盖的地面区域进行清扫。上述方式需要在扫地机器人每次启动时预先设定运动路径数据，这需要用户手动更新扫地机器人的运动路径数据，从而增加了用户的工作负担。此外，扫地机器人沿着预定运动路径运动将无法全面覆盖当前所处环境的全部地面区域，无法使扫地机器人进行实时可变的地面清扫操作，以及降低扫地机器人运作的自动化和智能化程度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供机器人视觉识别定位方法，其从机器人当前所处环境的全景影像中识别得到若干预定标识物的存在位置信息，以此确定机器人在所处环境的活动边界线分布信息，从而确定机器人的可活动范围；当机器人在可活动范围内部运动时，拍摄与分析机器人的运动前方影像，确定在机器人运动前方方向的障碍物存在信息，再以此确定机器人在运动过程中与障碍物之间的位置变化趋势，从而调整机器人的运动状态，上述定位方法通过识别全景影像确定机器人的可活动范围，确保机器人能够在相应的区域范围内自由运动，同时在运动过程中识别前方存在的障碍物，调整机器人的运动状态，避免机器人在运动过程中与障碍物发生碰撞，提高机器人运动的可控性和安全性。
>[0004]本专利技术提供机器人视觉识别定位方法，其包括如下步骤：
[0005]步骤S1，指示机器人的内置摄像头对当前所处环境进行全景扫描拍摄，获取相应的全景影像；从所述全景影像中识别得到若干预定标识物于所述环境的存在位置信息，并根据所述存在位置信息，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息；
[0006]步骤S2，根据所述活动边界线分布信息，确定机器人在所述环境的可活动范围；当机器人在所述可活动范围内部运动时，指示所述内置摄像头沿着机器人运动前方方向拍摄，获取相应的运动前方影像；分析所述运动前方影像，确定在机器人运动前方方向的障碍物存在信息；
[0007]步骤S3，根据所述障碍物存在信息，确定机器人在运动过程中与障碍物之间的位置变化趋势；根据所述位置变化趋势，调整机器人的运动状态。
[0008]进一步，在所述步骤S1中，指示机器人的内置摄像头对当前所处环境进行全景扫描拍摄，获取相应的全景影像具体包括：
[0009]在机器人未启动并处于静止状态时，指示机器人的内置摄像头以预定扫描频率对当前所处环境进行全景扫描拍摄，获取相应的全景影像；
[0010]对所述全景影像进行卡尔曼滤波处理后，以机器人当前在所述环境中所处位置点
为原点，构建与所述全景影像对应的三维空间坐标系。
[0011]进一步，在所述步骤S1中，从所述全景影像中识别得到若干预定标识物于所述环境的存在位置信息，并根据所述存在位置信息，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息具体包括：
[0012]提取所述全景影像的图像像素轮廓信息，根据所述图像像素轮廓信息，确定所述环境中存在的所有预定标识物；其中，所述预定标识物为电源插座；
[0013]获取所述全景影像中每个电源插座包含的所有插孔的存在位置信息，并以每个电源插座的所有插孔的几何对称中心作为对应电源插座的标识点；
[0014]再根据所有电源插座的标识点的存在位置，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息。
[0015]进一步，在所述步骤S1中，根据所有电源插座的标识点的存在位置，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息具体包括：
[0016]获取每个电源插座在所述环境的安装位置，并将安装在同一墙壁上的电源插座划分为属于同一电源插座集合；
[0017]将属于同一电源插座集合的所有电源插座的标识点沿着墙壁的走向依次连接，得到相应的标识点连接，从而将所述标识点连线作为机器人在所述环境的活动边界线。
[0018]进一步，在所述步骤S2中，根据所述活动边界线分布信息，确定机器人在所述环境的可活动范围具体包括：
[0019]将机器人所处环境四周的活动边界线所围成的封闭区域作为机器人在所述环境的可活动范围；
[0020]获取机器人当前所处位置与所述封闭区域的活动边界线上距离最远的点以及距离最近的点；
[0021]根据所述封闭区域的活动边界线上距离最远的点以及距离最近的点各自与机器人当前所处位置的相对距离值和相对方位角，指示机器人在所述可活动范围内运动，从而使机器人在运动过程中不超出所述可活动范围。
[0022]进一步，所述三维空间坐标系的构建过程包括：先利用安装在机器人内部的光纤陀螺仪寻北仪对当前环境进行寻北，找到当前机器人在运动方向与真北方向的夹角，进而确定出真北方向，再以真北方向为X轴，机器人运动方向沿着真北方向顺时针旋转90度后的运动方向为Y轴，垂直于X轴和Y轴向上的轴线为Z轴建立三维空间坐标系，并且根据机器人的运动方向与真北方向的夹角控制机器人的运动速度，以确保机器人越靠近真北方向，运动速度越小，使得机器人对真北方向背光一侧的空间进行细化清扫，其具体过程包括：
[0023]第一、利用下面公式(1)，根据安装在机器人内部的光纤陀螺仪寻北仪对当前环境进行寻北，得到机器人当前运动方向与真北方向的夹角，
[0024][0025]在上述公式(1)，θ(a1,a2,a3,a4)表示按照与机器人当前运动方向分别为a1,a2,a3,a4的角度值采集光纤陀螺仪的地球自转角速度进行寻北计算得到的机器人当前运动方向与真北方向的夹角；ω(a1),ω(a2),ω(a3),ω(a4)表示按照与机器人当前运动方向分别为a1,a2,a3,a4的角度值采集光纤陀螺仪的地球自转角速度；||表示求取绝对值运算；∧表示逻辑关系与运算；
[0026]先将(a1,a2,a3,a4)的值取为(0
°
,90
°
,180
°
,270
°
)，求得一次寻北后机器人当前运动方向与真北方向的夹角θ(0
°
,90
°
,180
°
,270
°
)；
[0027]第二、利用下面公式(2)，根据机器人当前运动方向与真北方向的夹角的角度值判断是否需要进行二次寻北，从而得到二次寻北的角度值，
[0028][0029]在上述公式(2)中，θ2表示二次寻北后机器人当前运动方向与真北方向的夹角；若θ2＝θ(0
°
,90
°
,180
°
,270
°
)，则表示未进行二次寻北，则二次寻北与一次寻北的角度值相同，即机器人当前运动方向与真北方向的夹角为θ(0
°
,90
°
,180
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.机器人视觉识别定位方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1，指示机器人的内置摄像头对当前所处环境进行全景扫描拍摄，获取相应的全景影像；从所述全景影像中识别得到若干预定标识物于所述环境的存在位置信息，并根据所述存在位置信息，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息；步骤S2，根据所述活动边界线分布信息，确定机器人在所述环境的可活动范围；当机器人在所述可活动范围内部运动时，指示所述内置摄像头沿着机器人运动前方方向拍摄，获取相应的运动前方影像；分析所述运动前方影像，确定在机器人运动前方方向的障碍物存在信息；步骤S3，根据所述障碍物存在信息，确定机器人在运动过程中与障碍物之间的位置变化趋势；根据所述位置变化趋势，调整机器人的运动状态。2.如权利要求1所述的机器人视觉识别定位方法，其特征在于：在所述步骤S1中，指示机器人的内置摄像头对当前所处环境进行全景扫描拍摄，获取相应的全景影像具体包括：在机器人未启动并处于静止状态时，指示机器人的内置摄像头以预定扫描频率对当前所处环境进行全景扫描拍摄，获取相应的全景影像；对所述全景影像进行卡尔曼滤波处理后，以机器人当前在所述环境中所处位置点为原点，构建与所述全景影像对应的三维空间坐标系。3.如权利要求2所述的机器人视觉识别定位方法，其特征在于：在所述步骤S1中，从所述全景影像中识别得到若干预定标识物于所述环境的存在位置信息，并根据所述存在位置信息，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息具体包括：提取所述全景影像的图像像素轮廓信息，根据所述图像像素轮廓信息，确定所述环境中存在的所有预定标识物；其中，所述预定标识物为电源插座；获取所述全景影像中每个电源插座包含的所有插孔的存在位置信息，并以每个电源插座的所有插孔的几何对称中心作为对应电源插座的标识点；再根据所有电源插座的标识点的存在位置，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息。4.如权利要求3所述的机器人视觉识别定位方法，其特征在于：在所述步骤S1中，根据所有电源插座的标识点的存在位置，确定机器人在所述环境的活动边界线分布信息具体包括：获取每个电源插座在所述环境的安装位置，并将安装在同一墙壁上的电源插座划分为属于同一电源插座集合；将属于同一电源插座集合的所有电源插座的标识点沿着墙壁的走向依次连接，得到相应的标识点连接，从而将所述标识点连线作为机器人在所述环境的活动边界线。5.如权利要求4所述的机器人视觉识别定位方法，其特征在于：在所述步骤S2中，根据所述活动边界线分布信息，确定机器人在所述环境的可活动范围具体包括：将机器人所处环境四周的活动边界线所围成的封闭区域作为机器人在所述环境的可活动范围；获取机器人当前所处位置与所述封闭区域的活动边界线上距离最远的点以及距离最
近的点；根据所述封闭区域的活动边界线上距离最远的点以及距离最近的点各自与机器人当前所处位置的相对距离值和相对方位角，指示机器人在所述可活动范围内运动，从而使机器人在运动过程中不超出所述可活动范围。6.如权利要求5所述的机器人视觉识别定位方法，其特征在于：所述三维空间坐标系的构建过程包括：先利用安装在机器人内部的光纤陀螺仪寻北仪对当前环境进行寻北，找到当前机器人在运动方向与真北方向的夹角，进而确定出真北方向，再以真北方向为X轴，机器人运动方向沿着真北方向顺时针旋转90度后的运动方向为Y轴，垂直于X轴和Y轴向上的轴线为Z轴建立三维空间坐标系，并且根据机器人的运动方向与真北方向的夹角控制机器人的运动速度，以确保机器人越靠近真北方向，运动速度越小，使得机器人对真北方向背光一侧的空间进行细化清扫，其具体过程包括：第一、利用下面公式(1)，根据安装在机器人内部的光纤陀螺仪寻北仪对当前环境进行寻北，得到机器人当...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅芳，宋博，邵侠，路红，胡若梦，吴金金，杨甜，
申请(专利权)人：商丘师范学院，
类型：发明
国别省市：