[发明专利]一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法

说明书

本发明公开了一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，属于计算机视觉定位、移动机器人导航领域，包括如下步骤：创建地图；创建路径；定位与导航。本发明方法不仅克服了传统视觉导航方式对辅助物理条件依赖性强、对环境要求高、不灵活等缺陷，而且将传统仅适用于地面移动机器人的视觉导航方法拓展到了三维空间，对空中无人机的定位与导航亦非常适用；具有精度高、灵活性强、应用范围广等诸多优势，可用于室内环境下移动机器人、无人机等智能移动设备的自主定位与导航，拓宽了应用场景。

技术领域

本发明属于计算机视觉定位、移动机器人导航领域，具体涉及一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法。

背景技术

目前，移动机器人技术在计算机、传感器等相关技术的推动下，得到了飞速发展，并且在医疗、军事、工业和太空等领域得到了广泛地应用。移动机器人的首要任务是根据自身的传感器实现灵活的自主定位与导航，但是，各种传感器受限于不同的空间环境，要完成自主定位与导航任务，需要在不同的环境下应用不同的方案。

由于移动机器人的应用环境不同，有些环境下需要较高的定位和导航精度，比如工厂车间、室内等情况，其定位精度通常需要达到厘米甚至毫米级别。GPS(全球卫星定位系统)在信号良好的条件下，定位精度一般在米级，不符合应用要求。利用惯性导航元件可以测量相对位移，但缺点是惯导元件测量数据存在漂移，需要配合其他传感器以提高精度，算法复杂。利用激光雷达可以进行精准测距定位，完成导航任务，但是需要布置反光板以提供导航信息，而且激光雷达价格昂贵。机器人通过电磁、寻迹的方式可以满足精度要求，但是需要布置轨道或路标，当机器人的任务发生变化时，需要重新布置路径，灵活性差，成本高。

此外，出现了利用色带和条形码、QR码等基于二维码的视觉导航方法，这种方法通常用地面铺设的彩带做引导、用二维码中包含的位置信息做定位实现机器人导航，但地面上的彩带和二维码容易污损，且当任务路径发生变化时，需要重新粘贴色带和二维码，灵活性差、对环境要求高。另外，这种方法往往要求摄像头光轴方向与二维码铺设平面成垂直关系，且要求摄像头与二维码铺设平面距离非常接近，否则机器人将不能很好地识别，有较大的局限性。在专利CN106969766A中公开了一种基于单目视觉和二维码路标的室内自主导航方法，该方法克服了不能有效识别二维码的局限性，且当机器人执行任务的内容发生改变时不需要对路径进行重新布置，但依然不够灵活。其不足之处在于，需要根据机器人的行驶路径提前布置二维码，且二维码的布局需要严格按照一定的规律(一般网格状)，必须经过精确地测量以确定二维码之间的位姿关系；机器人行进路线受二维码布局和二维码导航信息的制约，行走方式单一，不能完成复杂的曲线行驶。而且，此方法依然使用在地面铺设二维码的方式，不能获得机器人的三维空间坐标，只能局限于规划平面路径，无法规划无人机等空间中运行的机器人的三维路径，应用场景有限。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于ArUco(AugmentedReality library from the University of Cordoba，科尔多瓦大学的增强现实库)码的移动机器人视觉定位与导航方法，使得机器人视觉导航更加方便灵活，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于ArUco码的移动机器人视觉定位与导航方法，包括如下步骤：

步骤1：创建地图；

利用相机对环境中随机分布的ArUco码进行视觉建图，获得ArUco码分布地图；

步骤2：创建路径；

在计算机中生成导航路径的坐标点，获得由一系列三维坐标点组成的导航路径文件；

步骤3：定位与导航；