[发明专利]智能扫雪机器人定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种智能扫雪机器人定位系统及方法，定位系统包括信标、水平旋转云台、摄像头、激光传感器、以及控制器；定位方法包括步骤：1)控制器控制载有摄像头的水平旋转云台转动搜索信标；2)当摄像头扫描到信标时识别信标；3)通过追踪算法使信标图移动到摄像头的正中心；4)控制激光传感器测量扫雪机器人与信标之间的距离；5)分别测得扫雪机器人与两个信标之间的距离；6)建立直角坐标系，解算出当前扫雪机器人的坐标。本发明智能扫雪机器人定位系统及方法，抗干扰能力强，能准确的识别信标，以及准确的定位扫雪机器人，适用于户外机器人定位，系统工作可靠性高，且系统结构简单，造价低。

主权项

1.一种用于智能扫雪机器人定位系统的定位方法，所述智能扫雪机器人定位系统包括固定设置在扫雪机器人前方的第一信标和第二信标、设置在扫雪机器人下方的水平旋转云台、设置在水平旋转云台上的摄像头、设置在水平旋转云台上的激光传感器、以及控制器，所述摄像头、激光传感器和水平旋转云台与控制器电连接，所述信标为圆柱状，所述信标上设置有由四行两列黑白相间的矩形组成的信标图；其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：1)控制器控制载有摄像头的水平旋转云台以一定速度转动，并控制摄像头进行扫描，搜索信标；2)当摄像头扫描到信标时，通过下述步骤识别信标：a、将摄像头采集的图像转化为灰度图像，将摄像头采集的图像转换为灰度图的公式为：Gray＝0.299R+0.587G+0.114B，其中Gray是灰度值，R为红色通道值，G为绿色通道值，B为蓝色通道值；b、将信标图中的四个相邻矩形的公共点作为角点J，以角点J为中心定义4个方向e₁，e₂，e₃和e₄，所述四个相邻矩形中的第一矩形、第二矩形、第三矩形和第四矩形按逆时针排列，其中方向e₁位于第一矩形中，方向e₂位于第二矩形中，方向e₃位于第三矩形中，方向e₄位于第四矩形中；c、以摄像头采集的信标图中的像素点(i,j)为中心，若沿着特征方向e₁和e₃上像素点灰度值的累加和与沿着特征方向e₂和e₄上像素点灰度值的累加和差异大，则认为该像素点为信标图中的角点；角点检测算子为：C^BW(i,j)＝|∑I(l,m)‑∑I(p,q)|，其中，I(l,m)代表以点(i,j)为中心沿着e₁和e₃方向上遍历的数目为n的像素点的灰度值；I(p,q)代表以点(i,j)为中心沿着e₂和e₄方向遍历的数目为n的像素点的灰度值；选取C^BW的局部最大值作为角点所在位置；d、遍历一帧图像的所有像素点，计算每个点的BW值，记录下最大的三个BW值以及所对应的像素点的坐标，保存在一个大小为3的数组BW[]和Point[]中；如果计算出新的点BW值大于之前保存的BW[]数组中的所有值，则更新BW[]数组，保证BW[]数组中的BW值都是最大的三个值；并且在保存新的最大BW值点的过程中，执行以下判断：若果新的点的坐标不在之前三个点坐标的周围，则用这个新的点代替之前保存的BW[]数组中BW数值最小的点，否则忽略这个点；如果计算出新的点BW值大于之前保存的BW[]数组中的所有值，则用这个新的点代替之前保存的BW[]数组中BW数值最小的点，否则忽略这个点；e、根据BW[]数组中三个角点是否满足以下三个条件来判断摄像头当前拍下的一帧图中是否有所设置的信标条件1：BW[]数组中任意一个BW值的大小是否满足阈值PLINE条件，即BW[]数组中的任意一个BW值都大于PLINE时成立；条件2：Point[]数组中三个像素点的坐标是否在同一直线上，如果在一条直线上，则成立；条件3：判断三个像素点的中间相隔的距离在设定的误差范围内是否相等，如果相等，则成立；当满足以上三个条件的时候，则认为当前摄像头所拍下的当前一帧的图像中有所设置的信标；3)通过追踪算法，控制水平旋转云台转动，使信标图移动到摄像头的正中心；4)控制激光传感器开始测量，通过滤波算法，准确的得出扫雪机器人与信标之间的距离；5)重复步骤1)‑步骤4)，分别测得扫雪机器人与两个信标之间的距离；6)建立直角坐标系，解算出当前扫雪机器人的坐标：令第一信标为A点，第二信标为B点，扫雪机器人为C点；同时，以A为原点，AB为y轴，垂直于AB的直线为x轴，建立一个直角坐标系；利用余弦定理：求出θ，其中：b为激光传感器测得的第一信标与扫雪机器人间的距离，a为激光传感器测得的第二信标与扫雪机器人间的距离，c为第一信标与第二信标间的实测距离；由正弦公式得扫雪机器人的坐标位置：x＝bsinθ，y＝bcosθ。