[实用新型]基于视觉的移动机器人编队的协同定位系统

说明书

本实用新型公开了一种基于视觉的移动机器人编队的协同定位系统，在最高运动速度达到1m/s时实现室内环境下5cm级的定位精度，包括一个基站、三个人工路标、四个移动机器人和一个非合作目标机器人，其中，基站用于给机器人编队发送控制指令以及接收机器人返回的状态及定位信息；人工路标由特定颜色的LED组成，用于建立笛卡尔坐标系；非合作目标机器人装有特定颜色的LED，用于移动机器人对其进行识别；移动机器人按功能划分为自主定位机器人和目标跟踪机器人，其中，每个移动机器人各配有两个相机，前置相机用于移动机器人之间的相互识别、锁定与测量，后置相机用于对人工路标或非合作目标的识别、锁定与测量，然后据此进行协同定位。

技术领域

本实用新型涉及移动机器人的定位技术领域，具体涉及一种基于视觉的移动机器人编队的协同定位系统。

背景技术

自二十世纪下半叶以来，移动机器人的研究便得到了快速的发展，并在国防、生产、工业、服务、个人消费等领域中得到了广泛的应用，其重要性与发展前景毋庸赘述。其中，自主定位是移动机器人的一个最基本的要求，也是诸如视觉导航、路径规划、目标围捕等更高级功能的基础，同时也是移动机器人拥有“智能”的必要条件。但是，现阶段机器人自主定位的研究往往集中于单个机器人上。而在某些应用背景下，单个机器人在感知范围、计算能力、处理能力、抗干扰能力等方面有一定的缺陷，自主定位精度往往不会很高。与单个机器人相比，由多机器人组成的机器人编队拥有更多的感知单元，可以提高感知范围；此外，信息量的增加可以使机器人编队获得更高的定位精度；多变的拓扑结构使得机器人编队可以执行更复杂的算法，同时分布式并行计算可以使系统拥有更强的计算能力；另外，编队中的机器人通过相互协调，可以为任务的完成提供冗余，从而拥有更出色的抗干扰能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现阶段单个机器人自主定位的不足，为后续移动机器人的发展打下基础，提出了一种基于视觉的移动机器人编队的协同定位系统，该系统的移动机器人以视觉信息为基础，融合了多种传感信息与通信模块，在最高运动速度达到1m/s的情况下，能够实现在室内环境下5cm级的定位精度。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于视觉的移动机器人编队的协同定位系统，所述的协同定位系统包括：一个基站、三个人工路标、四个移动机器人和一个非合作目标机器人，上述基站、人工路标、移动机器人和非合作目标机器人都配备有无线模块，用于进行相互的无线通信；

其中，所述的基站用于给机器人编队发送控制指令以及接收机器人返回的状态及定位信息；所述的人工路标由特定颜色的LED组成，用于建立笛卡尔坐标系；所述的非合作目标机器人装有特定颜色的LED，用于移动机器人对其进行识别；四个所述的移动机器人按功能划分如下：两个移动机器人作为自主定位机器人，两个移动机器人作为目标跟踪机器人，其中，每个所述的移动机器人各配有两个相机，其中前置相机用于识别与锁定相邻的移动机器人上的LED，并且测量与相邻移动机器人的相对距离与相对角度，后置相机用于用于识别与锁定人工路标或非合作目标机器人，并且测量与锁定人工路标或非合作目标机器人的相对角度。

进一步地，每个所述的移动机器人由驱动层、感知层、控制层组成，其中，所述的驱动层由轮子、直流电机、直流电机驱动器、绝对值编码器组成，用于驱动移动机器人的运动；所述的感知层包括前置视觉云台、后置视觉云台、激光测距传感器、姿态模块，用于获取机器人运动信息与环境信息，；所述的控制层包括工控机、K60单片机，其中工控机作为主控制器，用于获取相机图像信息以及实现协同定位功能，K60单片机作为从控制器，用于对视觉云台进行控制，使其锁定并跟踪非合作目标机器人。

进一步地，每个所述的移动机器人的顶端都装有特定颜色的LED，作为机器人身份的标识。

进一步地，所述的移动机器人的前置视觉云台为单自由度。

进一步地，所述的自主定位机器人的后置视觉云台为单自由度，所述的目标跟踪机器人的后置视觉云台为二自由度。