基于特征識別的機器人視覺導航技術的制作方法
【專利摘要】一種機器人視覺導航技術。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:通過特殊顏色的強光(或特殊光,比如紅外不可見光)投影具有方向標志的簡單圖案到室內頂部墻壁,機器人上面設有向上的攝像頭,不斷拍攝室內頂部的圖像,然后對拍攝到的圖像進行計算,找出跟標志圖案相同的顏色像素,接著結合圖案的方向標志確定標志圖案中核心標志點的二維坐標,這也就是機器人此時的相對于核心標志點的坐標,在以后,對走過的路線,存儲其相對二維坐標,配合避障傳感器,就能實現精確的路線規劃與導航,因為具有方向標志的圖案比較簡單,顏色鮮明,所以硬件成本不需要很高,算法不需要太復雜,就能高效處理出標志圖案中核心標志點的坐標,這樣就可以以較低的成本、較高的效率解決機器人精確導航問題。
【專利說明】
基于特征識別的機器人視覺導航技術
技術領域
[0001]本發明涉及一種機器人通過攝像頭識別室內頂部圖像,對行走路線進行規劃的技術方案,使得機器人能夠準確知道自己在區域中的什么位置,規劃下一步向什么方向走,并能對行走的路線進行記憶,以避免盲走,重復行走,可以應用于掃地(拖地)機器人、送餐機器人等領域。
【背景技術】
[0002]目前,掃地(拖地)機器人路線規劃主要是通過碰撞、紅外、超聲波、激光等傳感器輔助決策,較為高端的掃地機器人采用水平圖形圖像識別算法,算法復雜,硬件成本高昂,識別效率低,對于同樣的圖像,沒有很準確的距離感,物體發生變動,圖像識別會失盲。目前,市場上多數掃地(拖地)機器人行走路線是根據兩側輪子、中間萬向輪結合轉速傳感器而規劃好的幾種簡單行走路線,如直線模式,螺旋模式,沿邊模式,重點區域模式等,這些行走模式會因遇到障礙物、行走時間太久而變亂,而不知道自己在哪里,這是因為沒有整個空間的整體定位。
[0003]機器人通過傳感器感知有沒有遇到障礙物,主要的傳感器包括碰撞傳感器,紅外傳感器,超聲波傳感器,激光傳感器等,這些傳感器大多不能起到定位位置的作月,無線定位技術存在干擾,無法準確定位,激光傳感器能繪制障礙物地圖,但其存儲比較復雜,而且其使用對眼睛具有一定危險性,所以有一定缺陷。
[0004]當機器人遇到障礙物后,會改變正常行走路線,因為目前市場上的機器人大多數都沒有定位技術,慢慢的就會出現迷茫的狀態,不知道下一步該往哪里走,哪里已經清掃過了,出現亂撞,盲掃,漏掃,重復清掃等現象。
[0005]送餐機器人,現在主要是按照鋪設的軌道標志進行行走,通過身上的傳感器,對障礙物進行避障,用戶安裝有一定的復雜度,成本較高。
【發明內容】
[0006]為了克服現有的掃地(拖地)機器人不能精確定位自己所在位置坐標的問題,本發明提供一種機器人視覺導航技術,該視覺導航技術能夠測出機器人所在位置的精確坐標,對走過的路徑進行存貯,規劃下一步往哪里走,使得機器人不亂走,不重復,最后有效清潔好整個房間,而且實現該技術有算法簡單,硬件成本低的優點。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:通過特殊顏色的強光(或特殊光,比如紅外不可見光)投影具有方向標志的圖案到室內頂部墻壁,只有投射的圖案足夠簡單,顏色足夠鮮明,以后的處理才會高效,精確。機器人上面設有向上的攝像頭,不斷拍攝室內頂部的圖像,然后對拍攝到的圖像進行計算,找出跟標志圖案相同的顏色像素,然后結合圖案的方向標志確定圖案中核心標志點的二維坐標,這也就是機器人此時的相對核心標志點的坐標,當機器人在引導下或繞室內墻壁行走一周,就會記錄下自己所有的相對坐標信息,也就計算出了室內行走空間,在以后,對走過的路線,存儲其二維坐標,配合避障傳感器,就能實現精確的路線規劃與導航,因為具有方向標志的圖案比較簡單,形狀比較特殊,顏色鮮明,所以硬件成本不需要很高,算法不需要太復雜,就能高效處理出標志圖案中核心標志點的坐標,也就是機器人的相對坐標,若標志圖案中核心標志點的坐標發生了變化,說明機器人的位置發生了移動,跟標志圖案中核心標志點變化的方向正好相反,這樣就可以以較低的成本、較高的效率解決機器人精確導航問題。
[0008]本發明的有益效果是,機器人可以在硬件成本較低情況下,非常簡單、快速、精確的定位自己的相對坐標.有效的解決了掃地(拖地)機器人路線規劃與導航的問題,使得掃地不再亂撞、迷航、重復,讓掃地(拖地)機器人、送餐機器人等真正進入家庭,酒店等。
【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0010]圖1是本發明的具有方向標志的兩個圖案,這種圖案是根據標志點的距離,角度區別標志點性質,標志圖案的不同。
[0011 ]圖2是用顏色不同的標志點構成標志圖案。
[0012]圖3是用圖案形狀的不同構成標志圖案。
[0013]圖4是根據頂部具有方向標志圖案進行視覺導航的掃地(拖地)機器人示意圖。
[0014]圖5是根據頂部具有方向標志圖案進行視覺導航的送餐機器人示意圖。
[0015]圖中1.方向標志點,2.核心標志點,3.普通標志點,4.方向標志點,5.核心標志點,
6.普通標志點,7.紅色核心標志點,8.藍色標志點,9.方向標志,10.形狀標志,11.固定在墻壁上的圖案發射裝置,12.室內頂部投射的標志圖案,13.掃地(拖地)機器人,14.掃地(拖地)機器人攝像頭,15.送餐機器人,16.送餐機器人攝像頭。
[0016]圖1中(1)(2)(3)組合成一個具有方向標志的圖案,(2)、(3)決走圖案一個維度的方向,(I)、(2)決定另外一個維度方向,這樣(2)核心標志點就有了兩個維度的坐標。(I)到
(2)的距離比(2)到(3)距離長很多,以示區別其是方向標志點,方向標志是圖案逆時針第一個距離長的標志點。根據標志點跟其他兩個標志點的角度大小,決定是第幾個標志圖案。
(1)、(2)和(2)、(3)構成90度角,而(4)、(5)和(5)、(6)的角度是60度。
[0017]圖2(7)、(8)是不同顏色的兩個標志點,(7)、(8)兩個標志點的方向決定圖案一個維度方向,顏色不同,標志另外一個維度的方向,根據兩個維度方向,紅色核心標志點(7)就有了兩個維度的坐標。
[0018]圖3中(10)表示一個維度,(9)表示另外一個維度,這樣(10)下面右側的那個直角點就有了兩個維度的坐標。
[0019](11)圖案發射裝置中的發射強光可以是LED,鐳射光源,激光,甚至是紅外不可見光,攝像頭可以對紅外不可見光成像,可以通過在攝像頭上安裝濾光片,讓鏡頭透過紅外光,而使可見光截至,從而選擇性的對紅外圖像成像。
[0020](12)頂部投射的圖案,會因圖案發射裝置放置的位置不同,有不同的放大比例或各個標志點的偏移,因此,在設計發射裝置時,應該考慮到這些誤差給圖像識別算法帶來影響,同時也應該考慮到,機器人移動到不同的位置,所成像也會因為距離、方位的不同,標志點之間的距離,方向也會有誤差,因此,具有方向標志的圖案設計,及圖像識別算法的適應能力,應該在一個能夠精確識別的范圍之內。
[0021](13)、(16)是拍攝室內頂部圖像的攝像頭,拍攝到照片后,用算法計算找出跟具有標志圖案顏色一致的像素點,根據找出的同一顏色像素點的形狀,找出各個標志點、方向標志,得出核心標志點坐標。
【具體實施方式】
[0022](11)圖像發射裝置采用高亮LED光源,圖案用不透光的金屬材質,制作出圖1,左側的三個標志點的過孔,作為光斑,用透鏡成像原理,進行聚焦,鏡頭外面加上藍色濾鏡,投影到室內頂部。
[0023]掃地(拖地)機器人通過攝像頭(13)不斷的對室內頂部拍照,取得室內頂部圖像,然后對取得的頂部圖像的二維矩陣像素點進行比對,找出跟藍色濾鏡投射的顏色一樣的像素點,再根據找到的像素點,計算三個像素點的距離,找出方向標志點(I),最后計算(I)、
(2)與(2)、(3)的角度,確定標志圖案的序號(這里因為只是設置一個標志圖案,室內空間大,可以設置多個圖案標志,以精確導航更大的空間位置),得出核心標志點(2)的二維坐標,也就是此時掃地(拖地)機器人的相對坐標。
[0024]掃地(抱地)機器人先以逆時針方向,采用沿邊模式,沿著室內墻壁行走一周,不斷記下核心標志點的坐標,這樣就得出了掃地(拖地)機器人行走空間范圍,下面讓該機器
人按照簡單的直線模式進行清掃,掃地(拖地)機器人行走的路線正好跟核心標志點改變的
方向相反,并且隨著清掃過程的推進,不斷記下已經清過的核心標志點坐標,就能夠精確導
航掃地(拖地)機器人進行清掃工作,不漏掃、不重復,而且能夠根用戶交互,讓用戶指定
出某個核心坐標點,對核心坐標點附近進行重點清掃,精確導航,合理規劃行走路線,
達到
高效率導航掃地(拖地)機器人的目的。
【主權項】
1.一種機器人視覺導航技術,其特征在于,包括特殊顏色的強光圖案投射裝置、投射到室內頂部的具有方向標志的圖案及機器人向上拍攝室內頂部的攝像頭,圖案投射裝置投射的強光可以是高光通量的LED、鐳射光源、激光或不可見紅外光,投射的圖案比較簡單,顏色比較鮮明,包含有核心標志點、二維坐標信息,機器人拍攝到圖像后,用算法遍歷拍攝到的頂部圖像二維數組像素矩陣,找出標志圖案像素點,根據像素點的形狀及形狀的相互關系,找出方向標志,計算出核心標志點二維坐標,就是機器人此時相對于標志圖案的坐標,機器人可以根據該相對坐標進行精確定位與導航,具體方法可以是:標志圖案靜止不動,機器人拍攝到標志圖案核心標志點坐標發生了變化,說明機器人位置發生了跟標志圖案核心標志點相反方向的改變;標志圖案動態變化位置,機器人可以根據拍攝到的標志圖案中核心標志點坐標發生了變化,而自身做相同方向的位置移動,這種機器人視覺導航技術可以有效應用于掃地(拖地)機器人、送餐機器人等路徑規劃領域。2.根據權利要求1所述的機器人視覺導航技術,其特征是,投射到室內頂部的具有方向標志的圖案可以是多個圖案.圖案之間都有區別開來的關鍵信息,比如,通過一定的角度、像素點顏色,圖案形狀進行區分,這樣就使得機器人的活動空間可以增大很多,而且按照一定順序排列具有方向標志的圖案,可以使得機器人在更大的范圍內有序高效導航。3.根據權利要求1所述的機器人視覺導航技術,其特征是,機器人向上拍照的攝像頭,可以是對某種光(可見或不可見)進行呈現的特殊傳感器,通過這種傳感器能夠獲得具有方向標志的圖案中核心標志點的二維坐標,從而對機器人進行導航。
【文檔編號】B25J9/16GK105856227SQ201610236862
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】呼洪強
【申請人】呼洪強