[发明专利]基于红外路标的室内移动机器人导航系统及方法

说明书

本发明公开了基于红外路标的室内移动机器人导航系统及方法，单目视觉识别系统采集红外路标导引系统中正在发光的红外路标图像，并通过图像处理计算得到室内移动机器人相对当前正在发光的红外路标的位置，根据室内移动机器人所处的相对位置，驱动室内移动机器人朝正在发光的红外路标移动，室内移动机器人进入当前发光红外路标的设定区域范围内后，单目视觉识别系统向当前发光红外路标发出停止发光指令，同时向下一个发光红外路标发出开始发光指令，然后，单目视觉识别系统根据下一发光红外路标的位置，控制室内移动机器人向下一发光红外路标行驶，依次类推，直至运动到最后一个发光红外路标的设定区域范围内，室内移动机器人结束移动。

技术领域

本发明涉及视觉导航领域，尤其涉及基于红外路标的室内移动机器人导航系统及方法。

背景技术

室内移动机器人在医疗救助、家庭服务、车间运输、消防侦查等领域有着广泛的应用，发展机器人技术，对提高人们工作效率、改善生活质量有着重大意义。室内移动机器人的导航问题一直是机器人研究领域的核心内容，这关系到移动机器人的智能化水平。要实现移动机器人的自主或半自主导航，关键在于解决移动机器人的定位与路径规划问题。

常见的导航方法有环境地图匹配法、基于惯导模块的航位推算法、基于无线射频的测距定位法和基于视觉的路标识别法等。其中，基于视觉的路标识别法主要分为自然路标与人工路标两种模式，自然路标是类似门框、墙角等现实环境本来就存在的物体或特征，人工路标是人为放置的具有特殊颜色、形状的物体或特征。相比较自然路标，人工路标特征稳定，更易被识别，在视觉导航定位中得到了广泛的应用。

中国发明专利CN200410021540.4设计了一种由几何图形和数字组成的灰度路标，使用单个摄像机捕捉图像，识别基于几何不变形和数字结构特点；

中国发明专利CN201010611473.7设计了一种由两种不同颜色方块组成的二维码式路标，采用Hamming码进行数据编码，并融入纠错机制。

中国发明专利CN201110260388.5中采用红外发射二极管制作路标，路标为m×m型点阵式，使用广角红外摄像机拍摄图像，通过点域检测、聚类、定位点辨识和ID值计算来检测和识别路标。

综上，基于人工路标的视觉导航方法凭借视觉传感器能够获取大量有效信息，人工路标特征稳定、易于识别且不易受电磁干扰。但是，图像传感器依靠感光成像，路标识别受周围环境光影响，在黑夜或光线不足情况下，不能正常工作。虽然专利CN201110260388.5中采用红外发射二极管制作路标，解决了路标识别受周围环境光影响的问题，但是当前人工路标视觉导航方法依然存在以下缺点：

(1)红外路标供电需要人工布线，要改造周围环境，增加了人力和材料成本。

(2)路标通常固定在墙面或天花板上，不易安装和后期更换。

(3)通常路标图案既要映射方位又要规划路径，图案设计复杂，且视觉传感器提供的信息量大，造成相应解码算法运算时间过长，路标识别成功率不高，实时性差。

(4)当变更导航环境时需要重新设计路标图案特征，工作环境不容易扩展。

(5)高清视觉传感器成本偏高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供基于红外路标的室内移动机器人导航系统及方法，红外路标采用有源设计，增加无线通信功能，不同于传统人工路标仅提供方位信息，该路标能够主动引导移动机器人，路径通过设置红外路标人工规划，搭配低成本数字CMOS图像传感器，有效解决现有人工路标导航策略中存在的易受环境光影响、稳定性低、安装繁琐、实时性差、需要布线、导航路径不易变更、成本偏高等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：