一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于人工智能的不斷發(fā)展，在多學(xué)科、多領(lǐng)域互相滲透的的基礎(chǔ)上，越來越多的人開始關(guān)注基于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)器人研究。智能機(jī)器人是在復(fù)雜的環(huán)境下，具有環(huán)境感知能力、動(dòng)態(tài)決策能力、運(yùn)動(dòng)控制能力等多種能力的綜合系統(tǒng)。它運(yùn)用了傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及人工智能技術(shù)等多學(xué)科的技術(shù)成果，代表人工智能的最高技術(shù)水準(zhǔn)，是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域之一。
[0003]隨著機(jī)器人研究水平的不斷提高，智能機(jī)器人的應(yīng)用范圍也逐漸變大。在機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)中，導(dǎo)航技術(shù)是其核心技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行、自主組織、自主規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)在最常見的導(dǎo)航技術(shù)有電磁導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、無線導(dǎo)航、傳感器導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等等。這些導(dǎo)航方式存在這樣那樣的短處。電磁導(dǎo)航定位不準(zhǔn)、靈活性不高且要高密度鋪設(shè)磁條維護(hù)起來成本很高。慣性導(dǎo)航也存在定位準(zhǔn)確度低，而且運(yùn)動(dòng)過程中極易產(chǎn)生偏差，不利于長時(shí)間長距離的移動(dòng)。對(duì)于視覺導(dǎo)航，又因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)運(yùn)算量較大，而且受光照影響較大，不盡人意。其他傳統(tǒng)的導(dǎo)航方式也存在著穩(wěn)定性差或者維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了在室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下的精確導(dǎo)航。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航裝置，包括:設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)，以及設(shè)置在機(jī)器人內(nèi)部的人機(jī)交互管理模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、地圖管理與路徑規(guī)劃模塊、圖像采集與處理模塊；其中:
[0007]人機(jī)交互管理模塊，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的通訊、配置和管理；在初始階段，由用戶通過人機(jī)交互管理模塊輸入目標(biāo)位置，所述人機(jī)交互管理模塊將輸入的目標(biāo)位置傳輸給地圖管理與路徑規(guī)劃模塊；
[0008]地圖管理與路徑規(guī)劃模塊，用于室內(nèi)地圖的構(gòu)建以及機(jī)器人走行至目標(biāo)位置的路徑規(guī)劃；所構(gòu)建的室內(nèi)地圖中各個(gè)人工路標(biāo)的位置信息與設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)位置信息一致；
[0009]圖像采集與處理模塊，用于采集設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)的圖像，并根據(jù)所采集到的人工路標(biāo)的圖像獲取機(jī)器人的當(dāng)前位置；
[0010]所述運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于根據(jù)地圖管理與路徑規(guī)劃模塊規(guī)劃的路徑，以及圖像采集與處理模塊獲取的機(jī)器人的當(dāng)前位置來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)和控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使機(jī)器人朝著目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)。
[0011]進(jìn)一步的，該裝置還包括:安全報(bào)警模塊，用于定時(shí)檢測(cè)機(jī)器人自身的安全狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警處理。
[0012]進(jìn)一步的，所述設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)為黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)或者帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)；
[0013]其中，黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)是一組寬度相等黑白相間，最外層是黑色的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)，在圓環(huán)寬度不變的情況下，增加圓環(huán)數(shù)即可增加編碼的位數(shù)使得每個(gè)多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的人工路標(biāo)都可以識(shí)別為一組唯一的編碼，從而標(biāo)識(shí)不同的位置信息；
[0014]帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)由外部黑色環(huán)形輪廓及黑色環(huán)形輪廓內(nèi)的英文字母組成；英文字母共26個(gè)，用于標(biāo)識(shí)不同的位置信息。
[0015]進(jìn)一步的，所述圖像采集與處理模塊，用于采集設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)的圖像，并根據(jù)所采集到的人工路標(biāo)的圖像獲取機(jī)器人的當(dāng)前位置包括:
[0016]所述圖像采集與處理模塊采集設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)的圖像后，若所述人工路標(biāo)為黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)，則進(jìn)行灰度與二值化處理再利用霍夫找圓算法計(jì)算多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的圓心和半徑，依次將黑色圓環(huán)區(qū)域被識(shí)別為1，白色圓環(huán)區(qū)域被識(shí)別為0，從而確定多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的編碼，再利用該編碼在所構(gòu)建的室內(nèi)地圖中進(jìn)行查詢，從而獲得取機(jī)器人的當(dāng)前位置；
[0017]若所述人工路標(biāo)為黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)，則識(shí)別出相應(yīng)的字母圖標(biāo)后，在所構(gòu)建的室內(nèi)地圖中進(jìn)行查詢，從而獲得取機(jī)器人的當(dāng)前位置。
[0018]一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航方法，包括:
[0019]構(gòu)建室內(nèi)地圖，該室內(nèi)地圖中各個(gè)人工路標(biāo)的位置信息與預(yù)先設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)位置信息一致；
[0020]當(dāng)確定目標(biāo)位置后，進(jìn)行路徑規(guī)劃，并按照規(guī)劃后的路徑運(yùn)動(dòng)；
[0021]在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)掃描室內(nèi)天花板，當(dāng)掃描區(qū)域包含人工路標(biāo)時(shí)，根據(jù)所采集到的人工路標(biāo)的圖像獲取機(jī)器人的當(dāng)前位置；
[0022]根據(jù)所規(guī)劃的路徑以及機(jī)器人的當(dāng)前位置來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)和控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使機(jī)器人朝著目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)。
[0023]進(jìn)一步的，該方法還包括:定時(shí)檢測(cè)機(jī)器人自身的安全狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警處理。
[0024]進(jìn)一步的，預(yù)先設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)為黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)或者帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)；
[0025]其中，黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)是一組寬度相等黑白相間，最外層是黑色的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)，在圓環(huán)寬度不變的情況下，增加圓環(huán)數(shù)即可增加編碼的位數(shù)使得每個(gè)多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的人工路標(biāo)都可以識(shí)別為一組唯一的編碼，從而標(biāo)識(shí)不同的位置信息；
[0026]帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)由外部黑色環(huán)形輪廓及黑色環(huán)形輪廓內(nèi)的英文字母組成；英文字母共26個(gè)，用于標(biāo)識(shí)不同的位置信息。
[0027]進(jìn)一步的，所述根據(jù)所采集到的人工路標(biāo)的圖像獲取機(jī)器人的當(dāng)前位置包括:
[0028]當(dāng)采集到室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)的圖像后，若所述人工路標(biāo)為黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)，則進(jìn)行灰度與二值化處理再利用霍夫找圓算法計(jì)算多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的圓心和半徑，依次將黑色圓環(huán)區(qū)域被識(shí)別為1，白色圓環(huán)區(qū)域被識(shí)別為0，從而確定多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的編碼，再利用該編碼在所構(gòu)建的室內(nèi)地圖中進(jìn)行查詢，從而獲得取機(jī)器人的當(dāng)前位置；
[0029]若所述人工路標(biāo)為黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)，則識(shí)別出相應(yīng)的字母圖標(biāo)后，在所構(gòu)建的室內(nèi)地圖中進(jìn)行查詢，從而獲得取機(jī)器人的當(dāng)前位置。
[0030]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，基于人工路標(biāo)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航，具有著自主導(dǎo)航、抗干擾能力強(qiáng)、無軌跡移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，也通過對(duì)人工路標(biāo)識(shí)別進(jìn)行定位校準(zhǔn)來克服了目前大多數(shù)導(dǎo)航方式定位精度差的問題，提高了室內(nèi)導(dǎo)航的精確度，改善了室內(nèi)導(dǎo)航的合理性。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航裝置的示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)不意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于人工路標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航裝置的示意圖。如圖1所示，該裝置主要包括:設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)，以及設(shè)置在機(jī)器人內(nèi)部的人機(jī)交互管理模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、地圖管理與路徑規(guī)劃模塊、圖像采集與處理模塊；其中:
[0038]人機(jī)交互管理模塊，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的通訊、配置和管理；在初始階段，由用戶通過人機(jī)交互管理模塊輸入目標(biāo)位置，所述人機(jī)交互管理模塊將輸入的目標(biāo)位置傳輸給地圖管理與路徑規(guī)劃模塊；
[0039]地圖管理與路徑規(guī)劃模塊，用于室內(nèi)地圖的構(gòu)建以及機(jī)器人走行至目標(biāo)位置的路徑規(guī)劃；所構(gòu)建的室內(nèi)地圖中各個(gè)人工路標(biāo)的位置信息與設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)位置信息一致；
[0040]圖像采集與處理模塊，用于采集設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)的圖像，并根據(jù)所采集到的人工路標(biāo)的圖像獲取機(jī)器人的當(dāng)前位置；
[0041]所述運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于根據(jù)地圖管理與路徑規(guī)劃模塊規(guī)劃的路徑，以及圖像采集與處理模塊獲取的機(jī)器人的當(dāng)前位置來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)和控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使機(jī)器人朝著目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例中，所述人工路標(biāo)均固定于室內(nèi)天花板上，選擇在這樣的位置固定，機(jī)器人距離人工路標(biāo)高度固定，易識(shí)別、抗干擾、不易遭到臟污或人為破壞的特點(diǎn)。
[0043]優(yōu)選的，該裝置還包括:安全報(bào)警模塊，用于定時(shí)檢測(cè)機(jī)器人自身的安全狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警處理。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例中，所述設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)為黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)或者帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)；
[0045]如圖2所示，為黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)示意圖；黑白相間的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)是一組寬度相等黑白相間，最外層是黑色的多圓環(huán)編碼圖標(biāo)，在圓環(huán)寬度不變的情況下，增加圓環(huán)數(shù)即可增加編碼的位數(shù)使得每個(gè)多圓環(huán)編碼圖標(biāo)的人工路標(biāo)都可以識(shí)別為一組唯一的編碼，從而標(biāo)識(shí)不同的位置信息。
[0046]如圖3所示，為帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)示意圖；帶有黑色圓環(huán)形輪廓的字母圖標(biāo)由外部黑色環(huán)形輪廓及黑色環(huán)形輪廓內(nèi)的英文字母組成；英文字母共26個(gè)，用于標(biāo)識(shí)不同的位置信息。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例中，室內(nèi)各個(gè)位置的位置信息與對(duì)應(yīng)的人工路標(biāo)的編碼或者字母信息均預(yù)先存儲(chǔ)在機(jī)器人數(shù)據(jù)庫內(nèi)。
[0048]本發(fā)明實(shí)施例中，所述圖像采集與處理模塊采集設(shè)置在室內(nèi)天花板上的人工路標(biāo)的圖像后，若