[发明专利]二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法

权利要求书

1.一种用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1，在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码；

步骤S2，在机器人行进过程中，通过设置在机器人上的成像设备拍摄机器人在其行进路线上经过的铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码的图像；

步骤S3，当拍摄到一个铺设在地面上的外围带有辅助边框的二维码的图像时，基于拍摄的该一个图像获取成像设备的绝对位置和绝对方向角，包括子步骤：

子步骤S31，针对拍摄的图像进行边缘提取，以获得边缘图像；

子步骤S32，针对边缘图像进行筛选，以获得封闭的轮廓曲线；

子步骤S33，对封闭的轮廓曲线进行多边形拟合，并将与辅助边框的轮廓在尺寸和形状均相同的封闭的轮廓曲线确定为辅助边框；

子步骤S34，基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域；

子步骤S35，基于确定的辅助边框以及确定的二维码区域，计算成像设备相对于二维码区域的相对位置和相对方向角；

子步骤S36，利用二维码扫描程序对拍摄的图像在二维码区域内进行扫描，以扫描二维码，并基于二维码编码规则对扫描后的二维码进行解码和校验，以获得二维码的绝对坐标；以及

子步骤S37，基于子步骤S35计算出的成像设备的相对位置和相对方向角和子步骤S36获得的二维码的绝对坐标，经坐标系转换，获得成像设备的绝对位置和绝对方向角，作为修正机器人位置的视觉导航数据；

步骤S4，利用设置在机器人上的编码器和惯性导航系统确定机器人相对机器人的当前起始点的相对位置和机器人相对机器人的当前起始方向角的相对方向角；

步骤S5，对成像设备的绝对位置和机器人的相对位置进行计算，以得到机器人的绝对位置，并利用得到机器人的该绝对位置作为惯性导航系统确定机器人的下一起始点；以及

步骤S6，对成像设备的绝对方向角和机器人的相对方向角进行估计，以 得到机器人的绝对方向角，并利用得到机器人的该绝对方向角作为惯性导航系统确定机器人的下一起始方向角。

2.根据权利要求1所述的用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，其特征在于，

在子步骤S31中，使用canny算子对图像进行卷积得到边缘灰度图，再根据规定的阈值对边缘灰度图进行二值化，从而得到二值化的边缘图像；

在子步骤S32中，针对二值化的边缘图像，进行轮廓提取，得到封闭的轮廓，并将得到的封闭轮廓存储；

在子步骤S33中，使用Ramer–Douglas–Peucker算法对轮廓曲线进行多边形拟合，以确定辅助边框；

在子步骤S35中，辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标，计算出成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置和相对方位角,以作为成像设备的相对位置和相对方位角，计算过程为：

根据辅助边框的内周或外周的顶点的图像坐标计算得到辅助边框中心的图像像素坐标，该图像像素坐标乘以比例因子即为成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对位置，其中比例因子为k＝行长度/行像素个数；

由辅助边框中心点与图像中心点组成一条直线，计算该直线与竖直方向的夹角，即为成像设备的光心相对于二维码区域的中心的相对方位角，在子步骤S37中，坐标系转换为：

设二维码的绝对位置为(x1，y1)，绝对方向角为θ，设成像设备的相对位置数据(x1’，y1’)，绝对方向角为θ’，则成像设备的绝对位置为(x1+x1’，y1+y1’)，绝对方向角为θ+θ’。

3.根据权利要求1所述的用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，其特征在于，

在步骤S1中，辅助边框为方形；

在步骤S1中，二维码为QR码，QR码包含有三个小正方形，所述三个小正方形为QR本身的位置探测图形；

在子步骤S34中，还利用二维码本身的位置探测图形进行二维码区域的 校验：在子步骤S34中，基于辅助边框确定辅助边框内的区域为二维码区域后，再利用子步骤S33中获得封闭的轮廓曲线，当存在有三个封闭的轮廓曲线与三个小正方形的轮廓在尺寸和形状上均相同时，校验该二维码区域的确定正确。