[发明专利]基于室内照明灯的移动机器人视觉导航方法

摘要

本发明公开了一种基于室内照明灯的移动机器人视觉导航方法，步骤包括：步骤1、给厂房环境建模；步骤2、标定双目摄像头；步骤3、检测移动机器人双目视觉位姿；步骤4、导航PID控制算法，利用PID控制规律实现控制移动机器人的移动速度以及移动方向，在整个导航过程中，不断改变移动机器人跟踪目标点，同时循环检测当前位姿，根据目标位置，按PID控制规律控制移动机器人沿规划路径运行。本发明的方法解决了标志物容易被遮挡的问题，同时，图像处理算法简单，提高了导航的实时性。

主权项

1.一种基于室内照明灯的移动机器人视觉导航方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、给厂房环境建模，给厂房环境中的移动机器人行走道路以及室内照明灯建模，具体步骤是：1.1)在厂房内建立绝对坐标系，即OXY坐标系；1.2)添加室内照明灯的位置L1(x₁,y₁,θ₁),L2(x₂,y₂,θ₂),…Ln(x_n,y_n,θ_n)；其中，x,y是照明灯在OXY坐标系中的横向及纵向位置；θ为照明灯的纵向方向；1.3)构建移动机器人行走道路模型采用线段对道路建模，构建多边形模拟曲线；步骤2、标定双目摄像头，利用黑白等距离相间的方块作为标定板，以及MATLAB工具对双目摄像头进行标定，首先利用标定板同时采集双目摄像头获得的图像，然后通过MATLAB命令calib，获得左右摄像头的焦距长度f、光轴坐标以及畸变系数；步骤3、检测移动机器人双目视觉位姿，具体包括：3.1)图像预处理对图像进行二值化处理，然后进行二值图像的膨胀和腐蚀，得到边界圆滑的标志物轮廓，并删除图像面积不近似于标志物的区域；3.2)通过双目摄像机视觉差测距根据双目摄像机视觉差原理，得到摄像头距屋顶的距离为：其中，f为摄像头的焦距，B为两摄像头的镜头间距，x_l,x_r分别为任意标志点Q在左右摄像头中成像点的横坐标；3.3)提取照明灯特征分别提取日光灯的四个角点，或提取白炽灯的圆心；3.4)检测移动机器人位姿以移动机器人中心以及移动方向建立移动机器人坐标系o₀x₀y₀，根据成像原理，设照明灯中心在右摄像头中的图像坐标为(c1_r，c2_r,1)，计算照明灯中心点在移动机器人坐标系下的坐标为：其中，f_x,f_y为摄像头焦距长度，u₀、v_o分别为光轴坐标，均通过摄像头标定得到；平移矩阵t＝[x_r，y_r，1]^T；(x_r,y_r)为右摄像头在移动机器人坐标系下的坐标；z_c为被测点到摄像机坐标系原点的垂直距离；同理，根据照明灯中心在右摄像头中的图像坐标为(c1_l，c2_l，1)，则照明灯中心点在移动机器人坐标系中的坐标为[x_cl，y_cl，1]^T；取照明灯中心点在左右摄像头图像中的坐标平均值，得到照明灯中心点在移动机器人坐标系中的坐标为：根据灯管角点在图像中的坐标计算出灯管方向角度为：其中，设灯管中心在绝对坐标系中的位姿为(x₀,y₀,θ₀)，则得到移动机器人绝对坐标系下的位姿为：步骤4、导航PID控制算法设当前移动机器人绝对坐标系下的位姿为(x_k,y_k,θ_k)，跟踪路径为ABC，计算当前移动机器人控制方向为θ，移动机器人与目标B点之间的距离为：利用PID控制规律实现控制移动机器人的移动速度以及移动方向，保证移动机器人从A点向B点运行；当移动机器人达到B点后，将移动机器人的下一个目标位置调整为C点，循环上述过程，在整个导航过程中，不断改变移动机器人跟踪目标点，同时循环检测当前位姿，根据目标位置，按PID控制规律控制移动机器人沿规划路径运行。