一种室内移动机器人视觉定位导航系统

摘要

本发明提出一种室内移动机器人视觉定位导航系统，包括移动机器人本体、控制系统、视觉导航装置和至少一个导航标识，控制系统和视觉导航装置均设在移动机器人本体上；视觉导航装置包括红外发射灯、红外摄像头和主机，控制系统和红外摄像头分别与主机通信连接，导航标识反射由红外发射灯发出的红外光线，红外摄像头捕捉由导航标识反射红外光线的区域所构成的图像信息，主机根据图像信息运算得出导航线路并传输给控制系统，控制系统驱使移动机器人本体进行移动。在本申请中,仅采用了视觉导航装置对移动机器人本体的工作路径导航进行指导，避免了环境光的干扰，解决了传统二维码导航技术中信号采集易受环境光的干扰从而导致的运行稳定性不高的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人定位导航领域，尤其涉及一种室内移动机器人视觉定位导航系统。

背景技术

在智能机器人的研究中，导航是智能机器人的核心技术，也是智能机器人实现真正的智能化和完全自主移动的关键技术。机器人导航的方式有很多，例如惯性导航、视觉导航、GPS定位导航和利用传感器的数据导航等。视觉导航是近年发展起来的一种先进的导航方案，视觉传感器为机器人提供了十分丰富的外界信息，可在无接触的情况下对环境和目标进行识别，这是其他传感器难以做到的。此外视觉传感器所提供的信息往往比其他传感器丰富得多，更有利于机器人对当前坏境的识别和导航。

现有的视觉导航技术中，大多利用摄像头直接采集环境图像信息，通过对环境图像信息进行分析，找出障碍物并进行路径规划，这种方案对算法要求很高，商业应用的难度很大。另一种导航方式是二维码导航技术，在现有的二维码导航技术中，摄像头采集环境图像信息容易受到环境光的干扰，影响图像特征提取的难度和效率，运行稳定性不高。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种室内移动机器人视觉定位导航系统，用于解决传统二维码导航技术中信号采集易受环境光的干扰从而导致的运行稳定性不高的问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种室内移动机器人视觉定位导航系统，包括移动机器人本体、控制系统、视觉导航装置和至少一个导航标识，所述控制系统和视觉导航装置均设置在所述移动机器人本体上，所述导航标识与所述移动机器人本体之间存在空间间距；所述视觉导航装置包括红外发射灯、红外摄像头和主机，所述控制系统和所述红外摄像头分别与所述主机通信连接，所述导航标识反射由所述红外发射灯发出的红外光线，所述红外摄像头接收经所述导航标识反射后的所述红外光线，所述红外摄像头捕捉由所述导航标识上反射所述红外光线的区域所构成的图像信息，即所述红外摄像头根据接收到的所述红外光线绘制所述图像信息，所述红外摄像头将所述图像信息传输给所述主机，所述主机根据所述图像信息运算得出导航线路，所述主机将所述导航线路传输给所述控制系统，所述控制系统驱使所述移动机器人本体进行移动。

进一步地，在所述的室内移动机器人视觉定位导航系统中，所述移动机器人本体上还设置有深度摄像头，所述深度摄像头与所述主机通信连接，所述深度摄像头用于采集环境信息，所述环境信息包括路况信息和障碍信息。

进一步地，在所述的室内移动机器人视觉定位导航系统中，所述移动机器人本体上还设置有GPS导航系统，所述GPS导航系统分别与所述控制系统和/或所述主机通信连接。

进一步地，在所述的室内移动机器人视觉定位导航系统中，所述主机的操作系统为类UNIX系统。

进一步地，在所述的室内移动机器人视觉定位导航系统中，所述移动机器人本体上还设置有可旋转的云台，所述视觉导航装置固定在所述云台上。

进一步地，在所述的室内移动机器人视觉定位导航系统中，所述导航标识为用于反射红外光线的贴纸标签。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：通过在移动机器人本体的活动空间内设置导航标识，利用红外摄像头采集导航标识反射红外光线时所构成的图像信息，从而对移动机器人的导航路线进行规划或修正，避免了环境光的干扰，解决了传统二维码导航技术中信号采集易受环境光的干扰从而导致的运行稳定性不高的问题。

附图说明

图1为本发明中室内移动机器人视觉定位导航系统的结构示意图；

图2是本发明中室内移动机器人视觉定位导航系统的通信连接示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的室内移动机器人视觉定位导航系统进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提出一种室内移动机器人视觉定位导航系统，包括移动机器人本体101、控制系统(图未示出)、视觉导航装置和至少一个导航标识301，所述控制系统和视觉导航装置均设置在所述移动机器人本体101上，所述导航标识301与所述移动机器人本体101之间存在空间间距，即在移动机器人本体101的工作空间的顶面设有均匀间隔排设的多个导航标识301。

所述视觉导航装置包括红外发射灯201、红外摄像头202和主机203，所述控制系统和所述红外摄像头202分别与所述主机203通信连接，主机203包括图像处理单元，所述导航标识301反射由所述红外发射灯201发出的红外光线，所述红外摄像头202接收经所述导航标识301反射后的所述红外光线，所述红外摄像头202捕捉由所述导航标识301上反射所述红外光线的区域所构成的图像信息，即所述红外摄像头202根据接收到的所述红外光线绘制所述图像信息，所述红外摄像头202将所述图像信息传输给所述主机203，所述主机203根据所述图像信息运算得出导航线路，所述主机203将所述导航线路传输给所述控制系统，所述控制系统驱使所述移动机器人本体101进行移动。

进一步地，在本实施例中，红外摄像头202采用的CONTOUR-M近红外数字图像采集器，可用来取景、存储和记录通过红外发射灯201发出的红外光线。利用该设备采集反光的导航标识301的图像信息，将采集到图像信息发送给主机203，分析图像信息的深度信息以及图像中目标物的坐标位置，并进行坐标对齐，以分析获得所需的导航线路。

进一步地，在本实施例中，所述移动机器人本体101上还设置有深度摄像头501，深度摄像头501的镜头朝向移动机器人本体101移动方向的正前方，所述深度摄像头501与所述主机203通信连接，所述深度摄像头501用于采集环境信息，所述环境信息包括路况信息和障碍信息。当遇到障碍物时，使用深度摄像头501进行拍摄，将图片传输给主机203进行图像处理，从而利用控制系统指导移动机器人本体101做出相应的避障行为。多种信息的采集有利于导航路径的规划，保证了移动机器人的稳定运行。

优选地，深度摄像头501采用的Intel Real Sense D435深度摄像头，其支持输出1280*720分辨率的深度画面，更普通的视频传输方面可以达到90fps，能够很好的兼容Linux和ROS开发环境。

进一步地，在本实施例中，所述移动机器人本体101上还设置有可旋转的云台401，所述视觉导航装置固定在所述云台401上。云台401用于扩大红外摄像头202的信号采集范围，使其可捕捉拍摄移动机器人本体101的工作空间顶面上的任意位置，有利于系统的稳定工作。作为其他实施方式，可将主机203直接设置于移动机器人本体101上，也可取消云台401的设置，红外发射灯201、红外摄像头202和主机203均直接设置在移动机器人本体101上。

进一步地，在本实施例中，所述导航标识301为用于反射红外光线的贴纸标签，使得红外摄像头202所采集的图像信息不会受到环境光的影响，实现在光照不足的情况下的导航。

进一步地，在本实施例中，移动机器人本体101采用轮式机器人平台，所述主机203的操作系统为类UNIX系统。

具体操作情况如下，首先将导航标识301均匀间隔设置在移动机器人本体101的工作空间的顶面。在红外光源即红外发射灯201的照射下，红外摄像头202对导航标识301进行拍照采集图像，将图像传送到主机203，通过主机203进行图像处理后获得用于导航的参数，得到上述参数后，主机203处理上述参数并输出导航线路给控制系统，控制系统驱使所述移动机器人本体101沿导航路线进行移动。深度摄像头501对移动机器人本体101移动方向的前方进行拍照采集图像，将图片传输给主机203进行图像处理，从而利用控制系统指导移动机器人本体101做出相应的避障行为。

具体地，在本实施例中，通过红外摄像头202获取一个或多个导航标识的位置来确定目的地的坐标，并规划行进路线，然后通过深度摄像头501的协同工作，获取行进方向上的环境信息，对移动机器人本体101工作的详细路径和避障方式进行规划。

此外，作为其他实施方式，如图1所示，在本实施例中，所述移动机器人本体101上还设置有GPS导航系统601，所述GPS导航系统601分别与所述控制系统和/或所述主机203通信连接。通过GPS导航系统601与视觉导航装置的协同工作，增加了导航的准确性。

综上，在本实施例中，提出的室内移动机器人视觉定位导航系统，仅采用了视觉导航装置对移动机器人本体的工作路径导航进行指导。通过在移动机器人本体的活动空间内设置导航标识，利用红外摄像头采集导航标识反射红外光线时所构成的图像信息，从而对移动机器人的导航路线进行规划或修正，避免了环境光的干扰，解决了传统二维码导航技术中信号采集易受环境光的干扰从而导致的运行稳定性不高的问题。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。