视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统及定位方法

摘要

视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统及定位方法，属于机器人定位技术领域，包括视觉传感器、激光测距传感器、驱动转轴、控制器，所述视觉传感器和激光测距传感器的输入端均与驱动转轴的输出端连接，视觉传感器和激光测距传感器的输出端与控制器连接；所述控制器的输出端与驱动转轴的输入端连接，控制器内部设置有信号处理单元和存储单元。本发明在不对餐厅设施进行改造的情况下，通过简单的标定手段，即可完成机器人在餐厅中的定位，在快速部署机器人的同时，也降低了生产成本，有利于搭载本室内定位系统的机器人的大规模推广。

说明书

技术领域

本发明属于机器人定位技术领域，特别是涉及到一种送餐机器人室内定位 系统。

背景技术

随着劳动力成本的提升和技术发展而带来的机器人技术的发展，机器人技 术被越来越多的应用于日常生活中，而室内机器人在当中占有很大的比例，室 内运行的移动机器人，既要知道自身坐标，又要知道目标点的坐标，这完全依 赖于定位系统。室内一般并非开阔场地，并可能存在人与其他等实时移动的物 体，这就对机器人的室内定位系统提出了比较高的要求。

目前，已经出现了许多针对机器人的室内定位系统，有通过在地面铺设磁 性路标的系统，此类系统需要对地面做出改造，工程量比较大，而且机器人只 能像火车一样在指定的路线行走，灵活性较差；有通过激光雷达传感器与IMU 单元融合的定位系统，此系统虽然相对磁性路标系统有很大的灵活性，但是由 于高精度IMU系统复杂，只用于军用系统中，而民用的IMU精度一般，且会积 累误差，长期使用后会导致精度下降。目前还没有出现能比较好用于送餐机器 人的室内定位系统。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一 问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种视觉与测距融合的送餐机器人室 内定位系统及定位方法，在不对餐厅设施进行改造的情况下，通过简单的标定 手段，即可完成机器人在餐厅中的定位，在快速部署机器人的同时，也降低了 生产成本，有利于搭载本室内定位系统的机器人的大规模推广。

视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统，其特征是：包括视觉传感器、 激光测距传感器、驱动转轴、控制器，所述视觉传感器和激光测距传感器的输 入端均与驱动转轴的输出端连接，视觉传感器和激光测距传感器的输出端与控 制器连接；所述控制器的输出端与驱动转轴的输入端连接，控制器内部设置有 信号处理单元和存储单元。

视觉与测距融合的送餐机器人室内定位方法，其特征是：应用权利要求1 所述的定位系统，包括以下步骤，

步骤一、启动送餐机器人，同时启动权利要求所述的定位系统，激光测距 传感器和视觉传感器在转轴的驱动下匀速转动，在扫描中，控制器进行记录送 餐机器人与周边障碍物的距离，同时采集了周边障碍物的图像，每个障碍物的 图像信号发送至控制器处理后，筛选并记录特征图像，控制器建立图像特征与 图像距离相对应的数据库；

步骤二、控制器将所述步骤一中采集的数据库内部的数据进行筛选，选取 特征点A、B、C作为参考点A、参考点B、参考点C，送餐机器人与其距离分别 为a，b，c；控制器内部自动对参考点A、参考点B、参考点C相对于送餐机器 人的距离a、b、c进行存储记录；完成定位系统坐标相对于参考点A、参考点B、 参考点C的标定；

步骤三、重复所述步骤一和步骤二，将餐厅室内的点进行标定，在控制器 内建立餐厅室内坐标的数据点云图，完成餐厅室内障碍物坐标点的标定；

步骤四、根据所述步骤三建立的数据点云图，启动送餐机器人进行送餐服 务，送餐机器人运行中通过旋转扫描的视觉传感器和激光测距传感器再次扫描 周围障碍物时，周围障碍物的距离与图像信息再次被采集，采集到的参考点信 息通过模糊处理技术与控制器内已经存储的信息进行对比，图像信息与距离信 息均与存储信息相同，定位成功，按控制器采集的数据路径行走。

所述视觉传感器采集的图像信号和所述激光测距传感器采集的距离信号均 由控制器内部设置的信号处理单元处理。

所述餐厅室内坐标的数据点云图存储在控制器内部的存储单元中。

所述步骤四中送餐机器人通过旋转扫描的视觉传感器采集到控制器内未标 定图像，激光测距传感器采集的距离数据为两次不同数据，控制器设置未标定 图像为移动障碍物。

所述激光测距传感器为一维激光测距传感器。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种视觉与测距融合 的送餐机器人室内定位系统及定位方法，在不对餐厅设施进行改造的情况下， 通过简单的标定手段，即可完成机器人在餐厅中的定位，在快速部署机器人的 同时，也降低了生产成本，有利于搭载本室内定位系统的机器人的大规模推广。

本发明的进一步有益效果在于：

1、激光测距传感器采用一维激光测距传感器响应速度快，成本低；且通过 激光测距传感器和视觉传感器结合的旋转扫描来完成一维距离到二维平面中的 点的转换，操作简单。

2、视觉技术成熟可靠，并且微电子技术的高速发展使具有视觉处理能力的 数字信号处理器成本大大降低，利用移动平台处理视觉信号成为可能。

3、在送餐机器人定位系统进行扫描时，利用室内已经存在的标志物作为参 考点，不需要再投入巨大资源对环境做改造。

4、一次扫描即可完美记录参考点，从而计算坐标，部署速度大大提高。

5、通过视觉信号来校验距离信号，解决了室内定位系统中测距传感器容易 被移动物体干扰造成误判的问题。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明示视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统示意图。

图2为本发明示视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统餐厅标定坐标 点示意图。

图中1-视觉传感器、2-激光测距传感器、3-驱动转轴、4-控制器、5-参考 点A、6-参考点B、7-参考点C、8-送餐机器人。

具体实施方式

一种视觉与测距融合的送餐机器人室内定位系统及定位方法，如图1所示， 包括视觉传感器1、激光测距传感器2、驱动转轴3、控制器4，所述视觉传感 器1和激光测距传感器2的输入端均与驱动转轴3的输出端连接，视觉传感器1 和激光测距传感器2的输出端与控制器4连接；所述控制器4的输出端与驱动 转轴3的输入端连接，控制器4内部设置有信号处理单元和存储单元。

驱动转轴3驱动可以旋转用于扫描的视觉传感器1和激光测距传感器2。视 觉传感器1负责在扫描中采集图像，激光测距传感器2负责在扫描中测量机器 人与障碍物之间的距离。视觉传感器1获得图像信号，激光测距传感器2获得 距离信号，控制器4负责控制驱动转轴3运转，处理激光测距传感器2和视觉 传感器1的信号。

本发明工作过程如图2所示，定位开始前，系统先进行一次标定。送餐机 器人8首先进行扫描，激光测距传感器2和视觉传感器1在驱动转轴3的驱动 下匀速转动，在扫描中，控制器4记录了与周边障碍物的距离，同时采集了周 边障碍物的图像，每个障碍物的图像经过控制器4处理后，筛选出明显特征并 记录，控制器建立图像特征与图像距离的一一对应。系统进行筛选，选取有在 视觉上易于区分，具有明显轮廓和明显颜色特征的A，B，C作为参考点A5,参 考点B6，参考点C7，送餐机器人8此时与其距离分别为a，b，c。此时即完成 了送餐机器人8坐标相对于参考点A5,参考点B6，参考点C7的标定。如此重 复扫掠，将室内的点进行标定，最终依靠控制器4强大的数据处理能力建立室 内坐标的点云图。

定位工作过程如下所叙述，当送餐机器人8在运行中通过旋转扫描的视觉 传感器1和激光测距传感器2再次扫描周围障碍物时，周围障碍物的距离与图 像信息再次被采集，当参考点A5,参考点B6，参考点C7的信息通过模糊处理 技术与控制器4已经存储的信息进行对比时，如果图像信息与距离信息均与存 储信息相同，即定位系统与参考点A5,参考点B6，参考点C7的距离分别为a， b，c，则送餐机器人8位于之前通过参考点A5,参考点B6，参考点C7完成定 位的点之上，定位成功。

通过多设立参考点，增强模糊处理，系统能完成精确定位。

当有移动障碍物进入视野时，定位系统可以通过视觉传感器1与激光测距 传感器2相结合，剔除动态目标。方法如下：当视觉传感器1采集到非标定图 像时，若激光测距传感器2的数据对应两次不同的距离，控制器4在减去自身 坐标后，若非标定图像相对送餐机器人8距离仍然不相同，则非标定图像为运 动障碍物。