[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

说明书

本发明提供了一种二维码以及用于机器人的视觉‑惯性组合导航系统及方法。二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和二维码均用于视觉导航。用于机器人的视觉‑惯性组合导航系统采用前述二维码。用于机器人的视觉‑惯性组合导航方法包括：在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码；在机器人行进过程中，成像设备拍摄图像；获取成像设备的绝对位置和绝对方向角，获得二维码的绝对坐标，成像设备的绝对位置和绝对方向角；确定机器人相对其当前起始点的相对位置和相对其当前起始方向角的相对方向角；得到机器人的绝对位置，利用该绝对位置作为下一起始点；得到机器人的绝对方向角，利用该绝对方向角作为下一起始方向角。

技术领域

本发明涉及导航领域，具体而言涉及一种二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法。

背景技术

视觉-惯性组合导航凭借其良好的互补性和自主性逐渐成为导航领域的重要发展方向和极具发展前景的导航技术。惯性导航是一种不依赖外界信息的自主式导航系统，具有实时性好、抗干扰性强等优点，但其精度误差会造成累积漂移误差,在较长时间内难以达到定位的要求。因此，在视觉/惯性组合导航中，视觉导航用以辅助定位修正惯性导航的漂移,从而提供一种高精度的组合定位方式。从工程应用角度看，视觉导航的精确性、鲁棒性和实时性是影响视觉/惯性组合导航性能的重要因素。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种二维码以及用于机器人的视觉-惯性组合导航系统及方法，其能有效加快二维码区域的筛选效率、成像设备的绝对位置和绝对方向角的计算效率，实时地修正惯性导航的漂移，以更可靠地以视觉/惯性组合的方式实现机器人的高精度实时导航。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种二维码，其中所述二维码的外围带有封闭的辅助边框，该辅助边框和所述二维码均用于视觉导航。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种用于机器人的视觉-惯性组合导航系统，其采用本发明第一方面所述的二维码，且在地面上铺设多个外围带有封闭的辅助边框的二维码。

为了实现上述目的，在第三方面，本发明提供了一种用于机器人的视觉-惯性组合导航方法，其包括步骤：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；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。其中，步骤S3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。

本发明的有益效果如下：