[发明专利]利用红外吊灯和摄像头测量机器人位置的方法与系统

说明书

本发明提供一种利用红外吊灯和摄像头测量机器人位置的方法，包括：散布红外光斑；设置红外摄像头并捕获红外光斑图像；移动机械人，结合所述高度信息、基于机器人室内平面移动约束及摄像头仿射变换原理进行计算获得机器人的朝向和位置变化；机器人开始全面自主移动，同时计算新捕获的光斑的高度信息，用于在机器人的后续移动过程中持续计算出机器人的位置和朝向。本发明所需系统结构简洁，适用于面向不规则穹顶和大尺度室内空间，可较为方便的解决大型室内情景中机器人的自定位导航需求。本发明具有的有益效果在于：只需要一个红外摄像头及红外光斑发射器，所需系统搭建方便，易于后期维护，同时能够实现室内移动机器人朝向和位置测量。

技术领域

本发明属于机器人室内定位导航技术领域，具体涉及一种利用红外吊灯和摄像头测量机器人位置的方法以及一种利用红外吊灯和摄像头测量机器人位置的系统。

背景技术

机器人在室内工作通常需要较为准确的朝向以及位置信息，用以支撑完成所规划的任务。

室内移动机器人的导航定位方法较多，大致可分为以下几种：

第一种为室内基站/节点定位法，即利用多个通讯节点、基站或者特定标签到机器人的间距以及卡尔曼滤波算子估算出机器人在室内的位置。例如成都电子科技大学周亮等人，以信号强度估算多个信号节点到机器人距离，采用模仿GPS的坐标求解方法实现机器人定位，并采用衰减卡尔曼滤波器个提高定位结果精度。

第二种为系统监控法，即搭建监控系统或者感知网络，利用多个摄像头搭建感知网络，观测和计算机器人当前的位置和姿态。

第三种为地标提示法，即在地面或者墙体设定磁条、色带、色块、磁钉、二维码甚至RFID地标，为机器人提供朝向或者位置信息，帮助其进行朝向或者位置修正，这一类方法宜与同IMU惯导信息及码盘相结合，在机器人无法捕获地标的情况下，进行航迹推算。

此外还有一种方法为SLAM方法，即机器人自定位同环境探测同步进行，利用摄像头、激光雷达传感器等设备探测作业环境信息，同时提炼出关键地标数据用于实现机器人实时位置求解，另外随着探测范围不断扩大，扩展出全局地图。

在上述几种方案中，如果能够保证机器人进行准确行走则需要布置大量的用于进行定位的硬件设备，其不仅造成感官系统布局困难，还会受布置场所结构形态的影响(例如机器人行走的地面轮廓非常复杂)，则会进一步增加机械人行走的困难程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于部署和操作的、用于进行室内移动机器人朝向和位置测量的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用红外吊灯和摄像头测量机器人位置的方法，包括：

步骤一、将红外吊灯吊装在屋顶上，通过所述红外吊灯对地面进行红外照明，同时在屋顶上散布红外光斑；

步骤二、将红外摄像头设置于机器人的头部、用以捕捉所述红外吊灯的图像以及屋顶散布的所述红外光斑的图像，同时获取所述红外吊灯到所述红外摄像头所处平面的垂直距离作为高度信息；

步骤三、将所述机器人置于所述红外吊灯的正下方、并指定所述机器人的初始朝向和位置，利用所述机器人的头部所设置的所述红外摄像头捕捉所述红外吊灯及所述红外摄像头视野内的所述红外光斑的图像；

步骤四、所述机器人先移动一小段距离、并确保所述红外摄像头视野内的所述红外吊灯一直处于所述红外摄像头的视野中，结合所述高度信息、基于所述机器人的室内平面移动(即二维矢量)约束及所述红外摄像头的仿射变换原理进行计算获得所述机器人的朝向和位置变化，同时计算出所述红外摄像头视野中捕获的所述红外光斑的高度信息和坐标值；