[发明专利]室内地图构造和定位的自导航机器人系统及图像匹配方法

权利要求书

1.室内地图构造和定位的自导航机器人系统，其特征在于，包括用于识别周围环境信息及深度信息的视觉模块、用于提供稳定电压的电源模块、用于驱动机器人行进的运动控制模块、以及用于控制各模块协调工作的工控控制模块；所述工控控制模块分别与视觉模块、电源模块和运动控制模块连接；

所述视觉模块采用深度摄像头；所述运动控制模块包括微处理器、电机模块、电机驱动模块、用于修正电机模块累积误差的编码器模块、以及用于弥补编码器模块长时间累积误差的陀螺仪模块；所述电机驱动模块与电机模块电连接，控制电机模块的开闭状态；所述微处理器分别与电机驱动模块、编码器模块、陀螺仪模块和工控控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的室内地图构造和定位的自导航机器人系统，其特征在于，所述自导航机器人系统还包括用于重建地图模型的PC机、以及用于连接PC机与工控控制模块的局域网；所述PC机通过局域网与工控控制模块通信连接。

3.根据权利要求1所述的室内地图构造和定位的自导航机器人系统，其特征在于，所述微处理器采用32位STM32型嵌入式微处理器ARM。

4.根据权利要求1所述的室内地图构造和定位的自导航机器人系统，其特征在于，所述深度摄像头采用双目深度摄像头，其中一个镜头用于采集图像特征，另一个镜头用于采集深度信息。

5.根据权利要求1所述的室内地图构造和定位的自导航机器人系统，其特征在于，所述编码器模块采用数字型编码器。

6.根据权利要求1所述的室内地图构造和定位的自导航机器人系统，其特征在于，所述陀螺仪模块采用三轴式陀螺仪。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的室内地图构造和定位的自导航机器人系统的图像匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：获得图像的前一帧和后一帧信息，将第一帧作为参考帧，设第二帧的旋转和平移分别为R和t，相机位姿对应李代数为ξ，P点的世界坐标为(X,Y,Z)，相机内参为K；则有

其中Z₁、Z₂为P点在前一帧和后二帧相机坐标系下的深度值；

步骤S2：选择一个最初的位姿估计值来迭代优化，让P₁和P₂像素在空间位置对应，即两个像素亮度的差值：

e＝I₁(P₁)-I₂(P₂) (3)；

步骤S3：基于灰度不变的基础上，则其的最小化代价函数为通过非线性优化的算法可以获得机器人的的位姿R,t。