[发明专利]室内无源导航定位方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种室内无源导航定位方法，涉及深度图像数据，图行识别技术，图像处理技术和机器人工学领域。

背景技术

地质灾害发生的时候，比如地震或者放射性物质泄漏，都可能造成室内环境的不安全，这个时候人工进行救援操作会有很大的危险，当这种特殊情况发生后，应用机器人进行勘察和救援维护，将成为不可替代的趋势。然而室内环境导致许多通用的机器人救援措施变得无法实施，例如最为重要的移动机器人导航。室内环境不可接受GPS信号，墙壁等障碍物也阻碍了各种无线信号的传输，室内导航本身就是现代的机器人研究难点之一。尤其在放射性物质泄漏的环境，不仅信号难以传输，核辐射将摧毁一切有源设备，例如电池，电子元件，因此传统的室内导航，例如有源RFID，超声波器件等有源设备在核放射环境下都无能为力。

常见的室内导航有RFID技术，超声波技术，红外线技术，室内地图导航等。RFID技术分为有源RFID和无源RFID，有源RFID要求在核电站内部放置RFID发射器，这种有源设备显然在核放射环境下是不可使用的，而无源RFID的无源也是相对的，其内部也集成有射频信号发射芯片，这种芯片长期地处在放射环境下必然是无法工作的，况且无源RFID的信号较弱，不易被检测到。超声波技术则要求在核电站外部发射超声波信号，通过多普勒效应或反射测距法进行定位，但是核电站内部存在各种设备阻碍，如厚实的墙壁，小功率的超声波信号一般是无法穿透的，而大功率的超声波信号则要求大型的发射设备，这在现实的紧急救援环境中也是不现实的。相对超声波定位而言，红外线定位则更加易受干扰和阻碍，没有显著的实用价值。况且超声波和红外线定位最后都实现的是相对位置的定位，没有办法得到绝对的位置。如果我们拥有在灾害发生内部的三维地图，进行地图匹配导航是可行的，然而在大多数突发的灾害环境下，我们未必拥有其内部的环境地图数据，或者环境会发生很大的变化。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种室内无源导航定位方法，利用Kinect的RGBD(色彩与深度信息)在室内环境下进行准确定位，实现机器人在不需要任何室内有源设备、无外界信号的环境下的定位。

为了达到上述目的，本发明的构思是：首先由Kinect采集环境中包含标示符的深度数据和图像数据，由惯性导航检测机器人自身的姿态角；然后将深度数据，图像数据和姿态角传送到工控机进行图像处理和计算分析，最终得到机器人自身的世界坐标值。

本发明的室内无源导航定位方法包括：

(1)RGBD数据输入：Kinect通过USB接口传入到工控机上，将图像数据和深度数据同时输送到工控机上以供处理；

(2)数据处理系统：工控机SBC84823作为控制器处理RGBD和机器人自身的姿态角数据；

(3)姿态角数据输入：惯性导航通过另一USB接口接到工控机上，将同时的机器人的姿态角数据传输到工控机上以供处理；

(4)环境标示符：标示符是一个完全无源的标识，用于储存标识的位置信息，被Kinect检测到以实现定位。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种室内无源导航定位方法，包括深度摄像机Kinect。机器人处于室内环境，深度摄像机Kinect集成于机器人内部，与机器人内部的工控机SBC84823通过USB串口连接。所述的工控机对深度摄像机Kinect传回的图像数据和深度数据的进行处理。

上述室内无源导航定位方法，还有一个xsens惯性导航集成于机器人内部，与工控机SBC84823通过另一个USB串口连接。工控机SBC84823对惯性导航测量的自身姿态角的进行处理。

上述室内无源导航定位方法，在室内还安置一个标示符。该标示符是一种包含了数字的编码，包含了标示符的位置信息，作为图像数据被Kinect采集；标示符包含两个部分，匹配区和数字区两部分：匹配区包含三个由显著特征组成的匹配模板，并且在与数字区四个角相接的地方有黄色的小点，用以对标示符进行精确的定位；数字区在匹配区的中间，定位校正后，数字信息可以通过数字字形识别的方法识别出来。

该内无源导航定位方法，采用上述的机器人定位方法进行定位，其特征在于，检测步骤如下：

步骤1：机器人在室内运行，并利用Kinect采集建筑内部的图像数据和深度数据，并将数据传输给工控机；

步骤2：工控机对图像数据进行检测以找到标示符，检测方法如下：