一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科技的發(fā)展，行走機(jī)器人在服務(wù)、探測、物流等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。而要對行走機(jī)器人快速定位和導(dǎo)航成為實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。
[0003]目前行走機(jī)器人很多只靠自身的安裝的傳感器或攝像頭對環(huán)境進(jìn)行檢測和建立，而沒有涉及到機(jī)器人與外部視覺設(shè)備協(xié)同定位的技術(shù)，這大大限制了機(jī)器人的工作職能，降低了工作效率。特別在室內(nèi)如辦公室環(huán)境中存在多種大物體，當(dāng)行走機(jī)器人在移動時(shí)，需要獲得精確定位和室內(nèi)環(huán)境信息，分布式視覺定位系統(tǒng)就能解決這方面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)行走機(jī)器人定位不準(zhǔn)確，工作效率低的問題，提供了一種協(xié)同定位、定位準(zhǔn)確的基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)，包括設(shè)置在室內(nèi)環(huán)境中的視覺節(jié)點(diǎn)、行走機(jī)器人和控制服務(wù)器，所述視覺節(jié)點(diǎn)包括多個(gè)攝像頭單元，所述控制服務(wù)器包括圖像處理單元、定位單元和地圖單元，攝像頭單元分別與圖像處理單元連接，圖像處理單元和地圖單元分別與定位單元相連，定位單元與行走機(jī)器人相連接，在行走機(jī)器人上設(shè)置有特征標(biāo)示。本實(shí)用新型能準(zhǔn)確定位行走機(jī)器人在室內(nèi)的位置，大大提高了行走機(jī)器人的工作職能，提高了工作效率。多個(gè)攝像頭單元分布在室內(nèi)環(huán)境中，形成多視覺節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位。攝像頭單元將拍攝到的圖像傳送給圖像處理單元處理，圖像處理單元對圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取，判斷行走機(jī)器人是否進(jìn)入圖像。定位單元根據(jù)處理后的圖像對行走機(jī)器人進(jìn)行位置定位，同時(shí)根據(jù)地圖單元儲存的環(huán)境地圖在地圖上定位并顯示行走機(jī)器人。特征標(biāo)示設(shè)置在行走機(jī)器人表面上，用于識別機(jī)器人以及定位用。各單元之間通過IPC進(jìn)行通信。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，所述圖像處理單元包括依次連接的圖像增強(qiáng)模塊和輪廓提取模塊，圖像增強(qiáng)模塊分別與攝像頭單元連接，輪廓提取模塊與定位單元連接。通過圖像增強(qiáng)模塊和輪廓提取模塊的處理，將圖像中行走機(jī)器人上的特征標(biāo)示提取出來，作為后續(xù)定位計(jì)算。圖像增強(qiáng)模塊對圖像進(jìn)行灰度化、二值化處理。輪廓提取模塊采用改進(jìn)的Canny算子算法提取主體識別點(diǎn)和距離識別點(diǎn)的邊緣。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述處理單元上設(shè)置有顯示單元。顯示單元能顯示當(dāng)前環(huán)境地圖，并能將定位后的行走機(jī)器人顯示在環(huán)境地圖中，使得操作者直觀看到行走機(jī)器人當(dāng)前位置。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述攝像頭單元之間通過網(wǎng)絡(luò)互相連接。攝像頭之間通過IPC(Inter-Process Communicat1n)進(jìn)行通信。攝像頭單元之間能進(jìn)行同步操作，將同一時(shí)刻的圖像發(fā)送給控制服務(wù)器進(jìn)行處理。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述特征標(biāo)示包括設(shè)置在行走機(jī)器人表面正中的主體識別點(diǎn)，對稱設(shè)置在識別點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)距離識別點(diǎn)，主體識別點(diǎn)和兩個(gè)距離識別點(diǎn)為圓形且處于同一直線上，兩個(gè)距離識別點(diǎn)之間形成標(biāo)示長度。主體識別點(diǎn)在圖像上用于識別行走機(jī)器人，在圖像處理單元中提取到主體識別點(diǎn)，檢測到行走機(jī)器人進(jìn)入拍攝該圖像的攝像頭單元范圍內(nèi)。而距離識別點(diǎn)根據(jù)它們之間的距離用來推算出行走機(jī)器人到拍攝的攝像頭單元之間的距離。
[0010]因此，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:準(zhǔn)確定位行走機(jī)器人在室內(nèi)的位置，大大提高了行走機(jī)器人的工作職能，提高了工作效率。多個(gè)攝像頭單元分布在室內(nèi)環(huán)境中，形成多視覺節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位。
【附圖說明】
[0011]附圖1是本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)框示圖。
[0012]1-視覺節(jié)點(diǎn)2-控制服務(wù)器3-行走機(jī)器人4-攝像頭單元5-圖像處理單元6-定位單元7-地圖單元8-顯示單元9-圖像增強(qiáng)模塊10-輪廓提取模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0014]實(shí)施例:
[0015]本實(shí)施例一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)，如圖1所示，包括設(shè)置在室內(nèi)環(huán)境中的視覺節(jié)點(diǎn)1、行走機(jī)器人3和控制服務(wù)器2。
[0016]視覺節(jié)點(diǎn)包括多個(gè)攝像頭單元4，攝像頭單元之間通過IPC相連接?？刂品?wù)器包括圖像處理單元5、定位單元6、地圖單元7和顯示單元8，其中圖像處理單元又包括圖像增強(qiáng)模塊9和輪廓提取模塊10。攝像頭單元分別與圖像處理單元的圖像增強(qiáng)模塊連接，圖像增強(qiáng)模塊與輪廓提取模塊相連，輪廓提取模塊與定位單元相連。地圖單元和顯示單元分別與定位單元相連，定位單元與行走機(jī)器人相連接，
[0017]在行走機(jī)器人上設(shè)置有特征標(biāo)示。特征標(biāo)示包括設(shè)置在行走機(jī)器人表面正中的主體識別點(diǎn)，對稱設(shè)置在識別點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)距離識別點(diǎn)，主體識別點(diǎn)和兩個(gè)距離識別點(diǎn)為圓形且處于同一直線上，兩個(gè)距離識別點(diǎn)之間形成標(biāo)示長度。
[0018]定位系統(tǒng)定位過程包括:
[0019]首先要分別對各攝像機(jī)單元設(shè)定不同距離進(jìn)行標(biāo)定，獲取圖像坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)示長度和全局坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)示長度之比與距離的關(guān)系表；采用標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定，將標(biāo)定板在攝像機(jī)單元工作距離設(shè)定范圍內(nèi)，每隔固定間距進(jìn)行一次標(biāo)定，獲得每個(gè)距離的攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)。一般設(shè)定在800~1500cm距離內(nèi)，每隔50cm進(jìn)行一次標(biāo)定。本方案采用Halcan標(biāo)定算法進(jìn)行操作。
[0020]攝像頭單元開始工作，每隔一時(shí)段將同時(shí)采集的圖像發(fā)送給圖像處理單元分別進(jìn)行處理，圖像處理單元對圖像中特征標(biāo)示進(jìn)行圖像增強(qiáng)和輪廓提取，對提取的輪廓圖像進(jìn)行Hough變換計(jì)算出特征標(biāo)示中主體識別點(diǎn)和距離識別點(diǎn)圓心像素?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)這些像素?cái)?shù)據(jù)確定標(biāo)示長度像素?cái)?shù)據(jù)；這些攝像機(jī)單元每隔3秒鐘同時(shí)采集一張圖像發(fā)送給圖像處理單元。標(biāo)示長度計(jì)算包括:若兩距離識別點(diǎn)處于同一直線上，將兩距離識別點(diǎn)圓心列坐標(biāo)進(jìn)行相減獲得標(biāo)示長度值，若兩距離識別點(diǎn)不處于同一直線上，將兩距離識別點(diǎn)圓心列坐標(biāo)進(jìn)行相減獲得直邊長度值，將兩距離識別點(diǎn)圓心橫坐標(biāo)進(jìn)行相減獲得橫邊長度值，然后計(jì)算出標(biāo)示長度值。
[0021]以圖像中心為中心將圖像劃分若干區(qū)域，確定行走機(jī)器人在圖像中的區(qū)域位置，根據(jù)區(qū)域優(yōu)先級，選取行走機(jī)器人位于優(yōu)先級更高區(qū)域的圖像進(jìn)行后續(xù)處理；
[0022]計(jì)算圖像坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)示長度和全局坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)示長度之比，選取標(biāo)定中與其最接近的比值，獲得行走機(jī)器人到攝像單元的距離值，根據(jù)距離值在環(huán)境地圖上對行走機(jī)器人進(jìn)行定位。
[0023]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0024]盡管本文較多地使用了視覺節(jié)點(diǎn)、控制服務(wù)器、行走機(jī)器人、攝像頭單元、圖像處理單元等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)，其特征在于:包括設(shè)置在室內(nèi)環(huán)境中的視覺節(jié)點(diǎn)(1)、行走機(jī)器人(3)和控制服務(wù)器(2)，所述視覺節(jié)點(diǎn)包括多個(gè)攝像頭單元(4)，所述控制服務(wù)器包括圖像處理單元(5)、定位單元(6)和地圖單元(7)，攝像頭單元分別與圖像處理單元連接，圖像處理單元和地圖單元分別與定位單元相連，定位單元與行走機(jī)器人相連接，在行走機(jī)器人上設(shè)置有特征標(biāo)示，所述特征標(biāo)示包括設(shè)置在行走機(jī)器人表面正中的主體識別點(diǎn)，對稱設(shè)置在識別點(diǎn)兩側(cè)的兩個(gè)距離識別點(diǎn)，主體識別點(diǎn)和兩個(gè)距離識別點(diǎn)為圓形且處于同一直線上，兩個(gè)距離識別點(diǎn)之間形成標(biāo)示長度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)，其特征是所述圖像處理單元(5)包括依次連接的圖像增強(qiáng)模塊(9)和輪廓提取模塊(10)，圖像增強(qiáng)模塊分別與攝像頭單元連接，輪廓提取模塊與定位單元連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)，其特征是所述定位單元(6 )上設(shè)置有顯示單元(8 )。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)，其特征是所述攝像頭單元(4)之間通過網(wǎng)絡(luò)互相連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于行走機(jī)器人的分布式視覺定位系統(tǒng)。解決現(xiàn)有技術(shù)行走機(jī)器人定位不準(zhǔn)確，工作效率低的問題。系統(tǒng)包括設(shè)置視覺節(jié)點(diǎn)、行走機(jī)器人和控制服務(wù)器，視覺節(jié)點(diǎn)包括多個(gè)攝像頭單元，控制服務(wù)器包括圖像處理單元、定位單元和地圖單元，攝像頭單元分別與圖像處理單元連接，圖像處理單元和地圖單元分別與定位單元相連，定位單元與行走機(jī)器人相連接，在行走機(jī)器人上設(shè)置有特征標(biāo)示。通過對采集圖像，對圖像中特征標(biāo)示進(jìn)行圖像處理和計(jì)算，得到距離，在地圖上定位。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確定位行走機(jī)器人在室內(nèi)的位置，大大提高了行走機(jī)器人的工作職能，提高了工作效率。多個(gè)攝像頭單元分布在室內(nèi)環(huán)境中，形成多視覺節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位。
【IPC分類】G06T7/00, G05D1/02
【公開號】CN205068153
【申請?zhí)枴緾N201520593527
【發(fā)明人】謝應(yīng)孝, 張國輝, 陳正壽, 孫孟
【申請人】浙江海洋學(xué)院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年8月7日