本发明专利技术公开了一种基于手绘轮廓语义地图的移动机器人视觉导航方法，包括如下步骤：绘制手绘轮廓语义地图；选择对应的子数据库；标签的设计与识别；目标分割；将子数据库包括的图像和分割区域进行匹配；机器人粗定位；机器人导航。本发明专利技术通过在复杂环境中的可能参考目标上贴统一的标签，根据手绘轮廓语义地图的指导，利用机器人自带的单目摄像机作为主要的传感器来引导机器人运行，利用声纳来辅助机器人进行避障，并融合里程计信息来粗略定位，最终在它们的相互协作下完成导航任务。机器人利用本发明专利技术的方法，不需要精确环境地图及精确运行路径就能顺利导航，并能实时有效地避开动态障碍物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能机器人导航
，特别是一种。
技术介绍
随着越来越多的家庭机器人走进人类家庭，当机器人面对新环境，即具有个性化、 差异化室内装修的家居环境，“脑海” 一片空白，也就是说，机器人面向一个未知家居环境， 由于室内的物品的摆放也不是固定不变的，或者室内人员的任意走动，导致该环境也是动态的。对于非机器人专家，或者一般的家庭成员(机器人使用新手)来说，想轻松地操作机器人学习周围的环境，传统作法依靠精确地图的绘制指导机器人导航，由于机器人定位精度的固有局限性，随着环境的复杂程度的提高，越来越显得力不从心。在这种情况下，探索一种直接简单的交互导航方式非常关键。自从上个世纪60年代以来，移动机器人的导航研究一直是各国学者研究的重要领域。随着计算机处理水平的不断提高，视觉导航方法由于其自主性、廉价性和可靠性成为导航策略领域的研究热点，逐步成为机器人导航过程中的一种重要的传感器。对于移动机器人的视觉导航石if究，DeSouza"Vision for mobilerobot navigation :a survey"(DeSouza G. N. , Kak, A. C. IEEE Trans. PatternAnal. Mach. Intell. ,2002,24(2) :237-267)禾口 Bonin-Font " VisualNavi gat ion for Mobile Robots :A Survey" (Bonin-Font F. , Ortiz A.，andOliver G. J. Intell. Robotics Syst. 2008,53, (3) :263-296.)等文章对过去几十年来的发展状况进行了总结导航的目的是使机器人到达指定的地点，因而大多数导航过程都需要相应的环境地图来引导机器人。目前，米制地图、拓扑地图以及混合地图是应用最为广泛的地图表示方式。对于米制地图，它表示环境的精确坐标信息，因而当环境比较大时对于计算机的存储能力以及环境的测量过程都是一个考验；对于拓扑地图，它表示环境中关键点的连通信息，对于环境的实际大小没有明确的表示，因而对于环境的描述并不是很完善；而将米制地图和拓扑地图综合起来而得到的混合地图则能够将环境在整体上用拓扑地图表示，在感兴趣的局部地区构建米制地图，从而丰富了环境信息，然而真正在导航过程中，机器人在拓扑节点之间的运行却很容易受到外界干扰的影响。假想这样一种情形，当别人向我们问路时，我们通常会这样说沿着某条路往前走，走大概多远或到达某个目标前，转向某个方向，继续往某个地方走，绕过某个目标， 再走多远就到达了目的地，从开始到目的地的距离大概有多少等等。这就是人类在陌生环境下的问路导航方式。Tversky 等人"How Space StructuresLanguage，in Spatial Cognition :An Interdisciplinary Approach toRepresenting and Processing Spatial Knowledge，，(B· Tversky，and P. Lee, in Proceedings of the Spatial Cognition :An Interdisciplinary Approachto Representing and Processing Spatial Knowledge, Berlin,1998 :157-176.),"What do Sketches Say about Thinking ？ "(in Proceedingsof the AAAI Spring Symposium, Sketch Understanding Workshop, StanfordUniversity,2002 :148-151.)从人类认知学的角度出发，分析了手绘地图在人类导航过程中的作用，并指出路线图和路线方向对人类导航的关键作用，以及手绘地图与实际地图的偏差程度对导航结果带来的影响。
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种直接简单的，实现了在不知道环境目标实际图像信息的前提下，依靠这些目标与路径信息指导机器人进行导航。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为一种，包括如下步骤1)先绘制手绘轮廓语义地图①根据参考目标在实际环境中所处的大体位置，在绘图面板中对应的大致位置手绘参考目标的轮廓，并标注该轮廓的语义信息，这里的语义信息是指该轮廓所代表的物体名称，比如餐盘，抱枕等；②根据机器人在实际地图中的概略位置和方向，绘制机器人的大致位姿信息和运行路径的起点，然后绘制运行路径和目标点； 再选出对应的子数据库计算手绘轮廓包围的区域的特征向量和语义轮廓数据库中同类目标的轮廓图像的特征向量，依次比较两个特征向量的欧氏距离，将欧氏距离小于2的轮廓图像作为该区域对应的子数据库；同时，先设计与识别标签将导航环境中可能的参考目标贴上统一的标签，标签大小，外观必须一致，且至少包含颜色A和颜色B两种不同颜色，利用HSI颜色空间的色调信息H和饱和度信息S对标签进行识别，其中颜色A和颜色B满足 IHa-Hb彡40且S彡40，式中，Ha表示颜色A的色调，Hb表示颜色B的色调；再进行目标分割将标签的中心位置设置为种子点，而后检查该种子点的8邻域，将与种子点的色调和饱和度都相差不小于20的像素点扩展为该种子的区域，接着继续检查该种子区域的8邻域， 直至该种子区域的8邻域不再存在满足上述条件的点，就得到了该标签对应参考目标的分割区域。2)将步骤1)中子数据库包括的图像和分割区域进行匹配对子数据库中的图像计算其特征向量均值F和和协方差矩阵S，计算分割区域的特征向量V，并计算ν与F的马氏距尚dM 权利要求1. 一种，其特征在于，包括如下步骤1)先绘制手绘轮廓语义地图①根据参考目标在实际环境中所处的大体位置，在绘图面板中对应的大致位置手绘参考目标的轮廓，并标注该轮廓的语义信息；②根据机器人在实际地图中的概略位置和方向，绘制机器人的大致位姿信息和运行路径的起点，然后绘制运行路径和目标点；再选出对应的子数据库计算手绘轮廓包围的区域的特征向量和语义轮廓数据库中同类目标的轮廓图像的特征向量，依次比较两个特征向量的欧氏距离，将欧氏距离小于2的轮廓图像作为该区域对应的子数据库；同时，先设计与识别标签将导航环境中可能的参考目标贴上统一的标签，该标签至少包含颜色A和颜色B两种不同颜色，利用HSI颜色空间的色调信息H和饱和度信息S对标签进行识别，其中颜色A和颜色B满足 IHa-Hb彡40且S彡40，式中，Ha表示颜色A的色调，Hb表示颜色B的色调；再进行目标分割将标签的中心位置设置为种子点，而后检查该种子点的8邻域，将与种子点的色调和饱和度都相差不小于20的像素点扩展为该种子的区域，接着继续检查该种子区域的8邻域， 直至该种子区域的8邻域不再存在满足上述条件的点，就得到了该标签对应参考目标的分割区域。2)将步骤1)中子数据库包括的图像和分割区域进行匹配对子数据库中的图像计算其特征向量均值F和和协方差矩阵S，计算分割区域的特征向量V，并计算V与F的马氏距离2.根据权利要求1所述一种，其特征在于所述步本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于手绘轮廓语义地图的移动机器人视觉导航方法，其特征在于，包括如下步骤：１）先绘制手绘轮廓语义地图：①根据参考目标在实际环境中所处的大体位置，在绘图面板中对应的大致位置手绘参考目标的轮廓，并标注该轮廓的语义信息；②根据机器人在实际地图中的概略位置和方向，绘制机器人的大致位姿信息和运行路径的起点，然后绘制运行路径和目标点；再选出对应的子数据库：计算手绘轮廓包围的区域的特征向量和语义轮廓数据库中同类目标的轮廓图像的特征向量，依次比较两个特征向量的欧氏距离，将欧氏距离小于２的轮廓图像作为该区域对应的子数据库；同时，先设计与识别标签：将导航环境中可能的参考目标贴上统一的标签，该标签至少包含颜色Ａ和颜色Ｂ两种不同颜色，利用ＨＳＩ颜色空间的色调信息Ｈ和饱和度信息Ｓ对标签进行识别，其中颜色Ａ和颜色Ｂ满足｜ＨＡ－ＨＢ｜≥４０且Ｓ≥４０，式中，ＨＡ表示颜色Ａ的色调，ＨＢ表示颜色Ｂ的色调；再进行目标分割：将标签的中心位置设置为种子点，而后检查该种子点的８邻域，将与种子点的色调和饱和度都相差不小于２０的像素点扩展为该种子的区域，接着继续检查该种子区域的８邻域，直至该种子区域的８邻域不再存在满足上述条件的点，就得到了该标签对应参考目标的分割区域。２）将步骤１）中子数据库包括的图像和分割区域进行匹配：对子数据库中的图像计算其特征向量均值和和协方差矩阵Ｓ，计算分割区域的特征向量Ｖ，并计算Ｖ与的马氏距离ｄＭ：式中，Ｓ－１表示协方差矩阵Ｓ的逆矩阵；表示的转置矩阵；若马氏距离ｄＭ小于５．０，则认为匹配成功；３）机器人粗定位：设摄像机在距离标签Ｄｍ处拍摄到的标签边长的平均像素为Ｌｍ，则若机器人在实时运行中检测到的标签的平均边长为Ｌｎ，那么摄像机距目标的大致距离Ｄｎ：...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李新德，金晓彬，张秀龙，吴雪建，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。