[发明专利]基于RGB LED动态信标的多机器人定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于RGB LED动态信标的多机器人定位方法及系统，通过采用外置的相机捕捉机器人上安装的RGB LED灯，通过RGB LED灯交替闪烁红、绿、蓝三种颜色的不同排列组合，来对RGB LED灯进行编码；再通过已经标定好外参和内参的相机来捕捉与跟踪上述LED灯，并且逐一识别其编码信息，通过相机参数可以解出机器人的位置，同时根据LED编码信息能够在多机器人工作条件下对机器人加以区分。即本发明采用动态的LED视觉信标，在无遮挡的情况下，将有编码信息的信标体积缩小到了一个点的大小，相比于其他静态的视觉信标在体积上有明显优势；在可视角度上，LED是全方位的，相比于二维码式的视觉信标也是有优势的，具有结构简单、信息识别量少、定位精准的优点。

技术领域

本发明属于机器人定位技术领域，具体涉及一种基于RGB LED动态信标的多机器人定位方法及系统。

背景技术

现有的机器人定位技术主要分为两大类，第一类是相对定位：移动机器人的相对定位也称作位姿跟踪，假定机器人的初始位姿，采用相邻时刻的传感器信息对机器人的位置信息进行跟踪估计。常用的相对定位法有里程计法和惯性导航法。第二类是绝对定位：移动机器人的绝对定位又称为全局定位。完成机器人的全局定位需要预先确定好环境模型或者通过外部传感器直接向机器人提供位置信息，计算机器人在全局坐标系中的位置。全局定位的主要方法包括导航信标、图形匹配、GPS、概率定位以及结合了导航信标与GPS的思想，将信标放置在机器人上，由已知位置的外部传感器捕捉机器人上的信标，通过三角定位或者某些线性约束来得知机器人的位置坐标。列举的最后一种方法诸如基于无线的uwb定位以及基于视觉的分布式定位。基于分布式的视觉定位方法，主要是采用位置姿态已知的图像传感器，来识别捕捉机器人上的视觉信标，再经过线性约束的计算，得到机器人的世界坐标。线性约束有几种：图像传感器是深度相机，直接可以得到像素的深度信息来作为约束；机器人只在平面内移动，该平面也可以作为线性约束；图像传感器有多个，则多余的图像传感器捕捉到的相同的机器人视觉信标也可以作为线性约束。视觉信标分为带编码信息的与不带编码信息的，例如颜色空间信息与差分来探测运动目标是不带编码信息的，而QR码与ARTag码是带编码信息的。在一副二维图像中，视觉信标需要能够提供足够精确的像素坐标信息，以及足够的识别度来消除环境干扰。对于不带编码信息的视觉信标，其都有识别度差、无法定位与区分多个信标等缺点。如果要做多机器人定位，那么则无法使用这类信标。对于上述的ARTag等带编码信息的视觉信标，则要占据大量的机器人的顶部空间，且需要一个大平台，极大的影响了机器人的结构。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种基于RGB LED动态信标的多机器人定位方法及系统，通过采用外置的相机捕捉机器人上安装的RGB LED灯，通过RGB LED灯交替闪烁红、绿、蓝三种颜色的不同排列组合，来对RGB LED灯进行编码；再通过已经标定好外参和内参的相机来捕捉与跟踪上述LED灯，并且逐一识别其编码信息，通过相机参数可以解出机器人的位置，同时根据LED编码信息能够在多机器人工作条件下对机器人加以区分，具有结构简单、定位精准的优点。

本发明的目的之一通过以下技术方案实现：提供一种基于RGB LED动态信标的多机器人定位方法，包括以下步骤：

S1、通过固定于机器人上方的相机进行标定，得到相机的外参与内参；

S2、开启所有机器人，且所有机器人上均设置有可控的RGB LED灯；

S3、每个机器人根据其自身存储的ID号，以一定频率与颜色顺序点亮RGB LED灯；

S4、通过计算机得到由相机捕获的图像序列，并经过LED识别跟踪算法处理得到所有机器人的RGB LED灯在图像中的像素位置坐标以及ID号；

S5、得到像素位置坐标后利用线性约束得到所有机器人的位置坐标。

作为进一步的改进，所述步骤S4中LED识别跟踪算法具体分为如下过程：