一种移动机器人定位方法和定位系统与流程

本发明涉及移动机器人智能控制领域，尤其涉及一种移动机器人定位方法和系统。

背景技术：

随着工业自动化和人工智能的不断发展，机器代替人工的需求越来越大，更重要的是，移动机器人能够代替人工有效完成各种复杂、高难度并且繁琐的工作和任务，而且在实际生活中得到了广泛的应用。但是就目前技术应用而言，移动机器人,尤其是agv，一般是通过铺设在地面上的规则图形(例如二维码)来对移动机器人的位置进行定位，即铺设在地面上的规则图形中包含着每一个规则图形在空间坐标系中的位置坐标，然后移动机器人通过获取规则图形中的位置坐标，来对移动机器人自身的位置进行定位。但是，在人工铺设规则图形的过程中，由于实际当中各种操作环境的限制以及人工的操作误差，会使得铺设在地面上的规则图形与规则图形实际所包含的位置坐标之间存在很大误差，进而导致移动机器人在实际定位当中产生较大的定位误差。而且地面铺设的规则图形易受外界因素影响而受到污染；例如目前常用通过铺设二维码的方式中，二维码易受移动机器人底盘轮子的碾压而损坏，这样容易造成无法检测到二维码，进而导致定位功能失效。

而随着工业自动化的发展，企业对工厂自动化提出了更高的要求。目前物流搬运环节中大部分的移动机器人即agv的运行仍处于有轨导引，以及少部分的非常昂贵的激光无轨导引与施工复杂的惯性导引；但有轨导引方式无法适用运行路径不固定的要求的问题，而无反射板激光导航无法满足末端定位高精度的要求，反射板激光导航其对环境改造较大，不易变换工作场景。因此，对于末端定位精度要求高，运行路径无固定线路的工作环境，单纯使用无反射板激光导航叉车无法满足末端定位高精度的要求，单纯使用有反射板激光导航方式叉车，虽能满足其导航路径灵活与末端定位精度高的特点，但造价太贵，使用环境改造量大，且对使用环境要求较高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种移动机器人定位方法，包括：通过第一检测装置识别安装于预设路径末端两侧的同一水平面的定位参考点；获取所述移动机器人到两侧定位参考点连线与所述移动机器人中轴线的两参考夹角；通过第二检测装置获取所述移动机器人中轴线与预设路径的偏转角度；根据所述两参考夹角与偏转角度的大小关系来调整所述移动机器人进入预设路径。

优选的，所述第一检测装置为安装于移动机器人中轴线上的摄像设备，所述第二检测装置为安装于摄像设备两侧的测距设备，所述方法具体包括：

通过摄像设备采集移动机器人前端图像并识别出图像中的定位参考点，所述定位参考点安装于预设路径末端两侧的同一水平面且定位参考点连线与所述预设路径垂直；

根据摄像设备的水平视角和定位参考点在图像中所处位置，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的第一和第二夹角；

根据两侧测距设备获得的距定位参考点安装面的距离数据，获取所述移动机器人中轴线与预设路径的第三夹角；

根据所述第一、第二和第三夹角的大小关系来调整所述移动机器人运动姿态以进入预设路径。

优选的，所述步骤根据摄像设备的水平视角和定位参考点在图像中所处位置，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的第一和第二夹角，具体包括：

获取成像平面上的两定位参考点距离图像一侧边缘的距离p1和p2，则两定位参考点与移动机器人中轴线的两夹角β1和β2分别为和其中m为所述摄像设备拍摄的图像在成像平面上的最大水平宽度，θ为所述摄像设备的水平视角。

优选的，所述测距设备为第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述第一和第二激光测距传感器关于移动机器人的中垂面左右对称，且激光出射方向都与移动机器人的中轴线平行。

优选的，所述根据测距设备获得的距定位参考点安装面的距离数据，获取所述移动机器人中轴线与预设路径的第三夹角，具体包括：所述定位参考点安装面与预设路径垂直，所述根据测距设备获得的距定位参考点安装面的距离数据包括第一激光测距传感器测量得到它与定位参考点安装面的距离l1，第二激光测距传感器测量得到它与定位参考点安装面的距离l2，则所述第三夹角α为：其中的d为第一激光测距传感器和第二激光测距传感器的安装距离。

优选的，步骤根据所述第一、第二和第三夹角的大小关系来调整所述移动机器人运动姿态以进入预设路径，具体包括：调整所述移动机器人运动姿态直至所述第一夹角等于第二夹角且所述第三夹角为零，使得移动机器人进入预设路径。

优选的，所述定位方法还包括在收到即将进入导航路径终点区域指令时，开启所述摄像设备采集所述移动机器人前端图像。

本发明还公开了一种移动机器人定位系统，包括第一检测装置、第二检测装置和控制器，其中：所述第一检测装置用于识别安装于预设路径末端两侧的同一水平面的定位参考点；所述第二检测装置用于获取所述移动机器人中轴线与预设路径的偏转角度；所述控制器用于根据第一检测装置识别的定位参考点获取所述移动机器人到两侧定位参考点连线与所述移动机器人中轴线的两参考夹角；以及根据所述两参考夹角与偏转角度的大小关系来调整所述移动机器人进入预设路径。

优选的，所述第一检测装置为安装于移动机器人中轴线上的摄像设备，所述摄像设备用于采集移动机器人前端图像；所述第二检测装置为安装于摄像设备两侧的测距设备；所述定位参考点安装于预设路径末端两侧的同一水平面且定位参考点连线与所述预设路径垂直；所述控制器用于获取识别所述采集移动机器人前端图像中的定位参考点，并根据摄像设备的水平视角和定位参考点在图像中所处位置，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的第一和第二夹角；以及根据测距设备获得的定位参考点安装面的距离数据，获取所述移动机器人中轴线与预设路径的第三夹角；并根据所述第一、第二和第三夹角的大小关系来调整所述移动机器人运动姿态以进入预设路径。

优选的，所述控制器具体用于根据成像平面上的两定位参考点距离图像一侧边缘的距离p1和p2，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的夹角β1和β2，其中：其中m为所述摄像设备拍摄的图像在成像平面上的最大水平宽度，θ为所述摄像设备的水平视角。

本发明通过在目标物体中轴线两侧标记定位参考标志物和所述移动机器人要到达的目标物体的目标位置标定在所述中轴线上；移动机器人通过采用多种传感器获取不同的空间参数，分别获取移动机器人运动参考点与定位参考标志物的连线与移动机器人中轴线的夹角，以及移动机器人中轴线与预设路径的偏转角，再根据两参考夹角与偏转角的大小关系来调整所述移动机器人进入预设路径，定位精确度高，解决了目前移动机器人的导航系统的末端定位误差大，无法定位到所要求的目标精度的问题。通过在依靠原有导航系统导引至目标附近后，开启所述的末端二次定位，可准确引导移动机器人至其目标位置，无需对工厂环境进行较大的改造便可实现末端精确定位。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例公开的移动机器人定位方法的流程示意图。

图2为本发明另一实施例公开的移动机器人定位方法的流程示意图。

图3为本发明一实施例公开的移动机器人的示意图。

图4为本发明一实施例公开的步骤s202的第一和第二夹角获取示意图。

图5为本发明一实施例公开的步骤s203的第三夹角获取示意图。

图6为本发明一实施例公开的步骤s204的夹角关系示意图。

图7为本发明一实施例公开的步骤s204的移动机器人姿态调整示意图。

图8为本发明一实施例公开的移动机器人定位系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

附图1为本发明公开的移动机器人定位方法的一实施例流程图，该方法是基于多传感器融合的移动机器人精准定位优化方法，用以解决现有的移动机器人定位方法存在的二次定位不精准问题，具体方法包括：

s101，通过第一检测装置识别安装于预设路径末端两侧的同一水平面的定位参考点。

所述定位参考点可以是不同于背景安装墙面的特定颜色的识别标志或者特定形状的识别标志，只要通过图像处理技术能将其从背景图像中区分识别出来就行。所述定位参考点可以是在目标物体中轴线两侧标记相同形状大小的参考标志物。当然也可以是不同形状的特定参考物，只要该特定参考物的数据预存至移动机器人中即可。所述移动机器人要到达的目标物体的目标参考位置可标定在所述中轴线上。

s102，获取所述移动机器人到两侧定位参考点连线与所述移动机器人中轴线的两参考夹角。具体的，获取两侧定位参考点和移动机器人运动参考点的连线，与移动机器人中轴线的夹角。

s103，通过第二检测装置获取所述移动机器人中轴线与预设路径的偏转角度。

s104，根据所述两参考夹角与偏转角度的大小关系来调整所述移动机器人进入预设路径。其中所述移动机器人控制器可以按预设的最终两参考夹角与偏转角度的大小关系来对移动机器人进行姿态的调整，已两参考夹角和偏转角度符合进入预设路径后的正确预设角度。

本实施例通过在目标物体中轴线两侧标记定位参考点，所述移动机器人要到达的目标物体的目标位置标定在所述中轴线上；移动机器人通过采用多种传感器获取不同的空间参数，分别获取移动机器人运动参考点与定位参考点的连线与移动机器人中轴线的夹角，以及移动机器人中轴线与预设路径的偏转角，再根据两参考夹角与偏转角的大小关系来调整所述移动机器人进入预设路径，定位精确度高，解决了目前移动机器人的导航系统的末端定位误差大，无法定位到所要求的目标精度，通过在依靠原有导航系统导引至目标附近后，开启所述的末端二次定位，可准确引导移动机器人至其目标位置，无需对工厂环境进行较大的改造便可实现末端精确定位。

附图2为公开的移动机器人定位方法的另一实施例流程图，其中如附图3所示，所述第一检测装置采用了安装于移动机器人1中轴线上的摄像头12，摄像头12的光轴与移动机器人1的正前方向平行，摄像头12的光心与移动机器人1的运动参考点o重合，所述第二检测装置采用了安装于摄像设备两侧的测距设备，本实施例中选用的测距设备为安装于移动机器人1的前部第一激光测距传感器11和第二激光测距传感器11’，并且关于移动机器人1的中垂面左右对称，第一激光测距传感器11和第二激光测距传感器11’的激光出射方向都与移动机器人1的正前方向平行。其中所述定位方法具体包括：

s201，通过摄像设备采集移动机器人前端图像并识别出图像中的定位参考点，所述定位参考点安装于预设路径末端两侧的同一水平面且定位参考点连线与所述预设路径垂直。

在一些具体实施例中，所述的移动机器人在收到即将进入导航路径终点区域指令时，开启所述摄像设备采集所述移动机器人前端图像。具体的，所述移动机器人在主导航系统的导航下进入到导航路径目的地的终点附近时，或者也可以是进入到导航目的地附近预设范围值区域时，向移动机器人控制器发送定位方式切换指令，所述移动机器人控制器切换定位方式，开始获取摄像设备采集的移动机器人前端图像并识别出图像中的定位参考点。

具体的，控制器可以利用现有图像处理方法识别图像中的两个定位参考点，所述定位参考点可以是不同于背景安装墙面的特定颜色的识别标志或者特定形状的识别标志，只要通过图像处理技术能将其从背景图像中区分识别出来就行。所述两定位参考点布置在目标位置的侧面上，且两个定位参考点位于同一水平面，所述移动机器人的末端预设路径与定位参考点位所在侧面垂直，在一些其它实施例中，所述预设路径或其延伸线在定位参考点位所在侧面的交点到两定位参考点的距离相同。

在一些实施例中，所述移动机器人在主导航系统的导航下进入到导航路径目的地的终点附近时，或者也可以是进入到导航目的地附近预设范围值区域时，向移动机器人控制器发送定位方式切换指令，所述移动机器人控制器切换定位方式，开始获取摄像设备采集的移动机器人前端图像并识别出图像中的定位参考点。当控制器对获取的移动机器人前端图像进行识别后发现图像中只出现了与内部存储的预设定位参考点信息不符的参考点时，例如内部存储的预设参考点数量为2个，但是图像识别结果只发现一个定位参考点，则控制器可向所述的移动机器人发出转向指令，可以连续获取也可每隔一定预设转向角度获取前端图像，同时对所获取的图像进行识别，当识别的图像中中出现符合预设定位参考点信息的定位参考点时，在本实施例中即出现2个定位参考点时，立即停止所述移动机器人的转动，即可进行后续步骤的定位操作。

在另一些优选实施例中，在控制器对获取的移动机器人前端图像进行识别后发现图像中只出现了一个定位参考点时，判断这个定位参考点是在获取图像的左半部分还是右半部分，如定位参考点是在图像的左半部分则控制移动机器人开始向左转动来继续获取前端图像，如定位参考点是在图像的右半部分则控制移动机器人向右转动来获取前端图像，进而提高获得符合预设定位参考点信息的图像的速度。

s202，根据摄像设备的水平视角和定位参考点在图像中所处位置，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的第一和第二夹角。

具体的，如附图4所示，通过摄像头12得到第一夹角β1和第二夹角β2的方法如下：摄像头12的水平视角为θ，摄像头12拍摄的图像在成像平面p的最大水平宽度为m，第一定位参考点2和第二定位参考点2’在摄像头的成像平面p上的对应点距离图像最左侧的距离分别为p1和p2，则第一夹角β1和第二夹角β2可通过下式获得：

s203，根据两侧测距设备获得的距定位参考点安装面的距离数据，获取所述移动机器人中轴线与预设路径的第三夹角。其中本实施例中所述测距设备为第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述第一和第二激光测距传感器关于移动机器人的中垂面左右对称，且激光出射方向都与移动机器人的中轴线平行。

具体的，如附图5所示，通过第一激光测距传感器11和第二激光测距传感器11’得到第三夹角α的方法为：因所述定位参考点安装面与预设路径垂直，第一激光测距传感器11测量得到它与目标物体3的定位参考点安装面的距离l1，第二激光测距传感器11’测量得到它与目标物体3的定位参考点安装面的距离l2，第一激光测距传感器11和第二激光测距传感器11’的安装距离为d，则第三夹角α可通过下式计算：

s204，根据所述第一、第二和第三夹角的大小关系来调整所述移动机器人运动姿态已进入预设路径。

如附图6所示，调整所述移动机器人运动姿态直至所述第一夹角等于第二夹角且所述第三夹角为零，使得移动机器人进入预设路径4。当第三夹角α为零时，表明移动机器人中轴线已经与所述定位参考点安装面垂直，同时当第一夹角β1和第二夹角β2相同，表明移动机器人中轴线已经位于第一夹角β1和第二夹角β2的中垂线上，即所述移动机器人已进入预设路径4。

具体的，在一些实施例中，如附图7所示，根据实时采集的第一夹角β1、第二夹角β2和第三夹角α将移动机器人1分成八种不同的姿态，通过姿态间的相互转换，最终使移动机器人1沿期望路径4运动。移动机器人1的八种不同姿态包括：

s2041，当移动机器人的姿态β1+α<β2-α，且α>0时，表面移动机器人1的运动参考点o不在期望路径4上，其正前方向与期望路径4不平行；控制器驱动移动机器人顺时针原地转向，直至α<0；

s2042，当移动机器人的姿态β1+α<β2-α，且α＝0时，移动机器人1的运动参考点o不在期望路径4上，其正前方向已与期望路径4平行；控制器驱动移动机器人顺时针原地转向；

s2043，当移动机器人的姿态β1+α<β2-α，且α<0时，移动机器人1的运动参考点o不在期望路径4上，其正前方向与期望路径4不平行；控制器驱动移动机器人向前运动，此时β1+α与β2-α的差值将变小；

s2044，在另一种姿态时，当移动机器人的姿态β1+α>β2-α，且α<0时，移动机器人1的运动参考点o不在期望路径4上，其正前方向与期望路径4不平行；控制器驱动移动机器人逆时针原地转向，直至α>0；

s2045，当移动机器人的姿态β1+α>β2-α，且α＝0时，移动机器人1的运动参考点o不在期望路径4上，其正前方向与期望路径4平行；控制器驱动移动机器人逆时针原地转向；

s2046，当移动机器人的姿态β1+α>β2-α，且α>0时，移动机器人1的运动参考点o不在期望路径4上，其正前方向与期望路径4不平行；控制器驱动移动机器人向前运动，此时β1+α与β2-α的差值将逐渐变小；

s2047，当移动机器人的姿态β1+α＝β2-α，且α≠0时，移动机器人1的运动参考点o在期望路径4上，其正前方向与期望路径4不平行；控制器驱动移动机器人向减小α的方向原地转向；

s2048，当移动机器人的姿态β1+α＝β2-α，且α＝0时，移动机器人1的运动参考点o在期望路径4上且其正前方向与期望路径4平行；表面移动机器人已经运动在期望路径4上。

本实施例的移动机器人精准定位方法，通过在目标物体中轴线两侧标记相同形状大小的参考点和中轴线上标定机器人要到达的目标位置，当机器人运动到目标位置附近一定距离时，利用摄像头识别得到两个定位参考点相对机器人的方位角，双激光测距传感器测量得到目标物体相对机器人的方位角，根据计算所得的角度和距离参数利用运动控制原理驱动移动机器人无限接近目标位置，达到精准定位的目的，解决了目前移动机器人的导航系统的末端定位误差大，无法定位到所要求的目标精度的问题。通过在依靠原有导航系统导引至目标附近后，开启所述的末端二次定位，可准确引导移动机器人至其目标位置，无需对工厂环境进行较大的改造便可实现末端精确定位。

上述各步骤其它详细内容可参考前述各实施例，再次不再重复论述。

附图8为本发明还公开了一种移动机器人定位系统，包括第一检测装置102、第二检测装置103和控制器101，其中：所述第一检测装置102用于识别安装于预设路径末端两侧的同一水平面的定位参考点；所述第二检测装置103用于获取所述移动机器人中轴线与预设路径的偏转角度；所述控制器101用于根据第一检测装置识别的定位参考点获取所述移动机器人到两侧定位参考点连线与所述移动机器人中轴线的两参考夹角；以及根据所述两参考夹角与偏转角度的大小关系来调整所述移动机器人进入预设路径。

在一些具体实施例中，所述第一检测装置为安装于移动机器人中轴线上的摄像设备，所述摄像设备用于采集移动机器人前端图像；所述第二检测装置为安装于摄像设备两侧的测距设备；所述定位参考点安装于预设路径末端两侧的同一水平面且定位参考点连线与所述预设路径垂直；所述控制器用于获取识别所述采集移动机器人前端图像中的定位参考点，并根据摄像设备的水平视角和定位参考点在图像中所处位置，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的第一和第二夹角；以及根据测距设备获得的定位参考点安装面的距离数据，获取所述移动机器人中轴线与预设路径的第三夹角；并根据所述第一、第二和第三夹角的大小关系来调整所述移动机器人运动姿态以进入预设路径。

具体的，所述控制器具体用于根据成像平面上的两定位参考点距离图像一侧边缘的距离p1和p2，获取两定位参考点与移动机器人中轴线的两夹角β1和β2，其中：其中m为所述摄像设备拍摄的图像在成像平面上的最大水平宽度，θ为所述摄像设备的水平视角。

需要说明的是，本说明书中前述各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的上述移动机器人定位系统而言，由于其与前述的实施例公开的定位方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。