基于自然物体的单目自动驾驶导航方法、系统及装置与流程

1.本发明涉及机器人自动驾驶技术领域，尤其涉及一种基于自然物体的单目自动驾驶导航方法、系统及装置。


背景技术：

2.随着智能化的日益普及，机器人在各行各业得到了越来越广泛的应用。例如，农业中应用到的机器人，可以除草，可以摘果实、家庭中也会应用到扫地机器人，机器人的应用越来越给人们带来了生活或者工作上的便利，在机器人的工作过程中，经常需要精准移动到指定的目标位置。例如，当扫地机器人打扫卫生或者充电时，都会到指定的位置或者预设的位置，采摘机器人也会到指定的位置进行采摘等，这些机器人都需要自行移动的指定的位置。
3.在现有的机器人导航的控制方法中，一般会基于gps及视觉导航系统，而在视觉导航系统中会添加成熟的slam算法，这样的实现方式会导致工作量大，数据采集量大，并且受地形影响严重，使用slam算法需要先建地图，因此工作量大，应用很麻烦，不能直接使用。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种基于自然物体的单目自动驾驶导航方法、系统及装置。
5.为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
6.一种基于自然物体的单目自动驾驶导航方法，包括以下步骤：
7.在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
8.以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
9.在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
10.基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
11.根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
12.作为一种可实施方式，所述基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，包括以下步骤：
13.基于第一像素距离及预设成像距离，结合预设角度计算模型得到机器人在第一时段机器人中心点与目标位置点的第一夹角；
14.基于第二像素距离及预设成像距离，结合预设角度计算模型得到机器人在第二时段机器人中心点与目标位置点的第二夹角；
15.基于第一夹角、第二夹角及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值。
16.作为一种可实施方式，所述预设差值模型表示为：
[0017][0018]
其中，s＝h1-h2，α1表示第一夹角，α2表示第二夹角，s表示移动位移，h1表示目标位置点到成像底片的垂直距离，h2表示目标位置点到第二时段下机器人中心在y轴的距离，h表示实际距离差值。
[0019]
作为一种可实施方式，所述预设角度计算模型为：
[0020]
其中，α表示夹角，d表示对边，l表示邻边；
[0021]
将第一像素距离设为d1，第二像素距离设为d2，预设成像距离设为l，则所述预设角度计算模型表示为：
[0022][0023][0024]
其中，α1表示第一夹角，α2表示第二夹角。
[0025]
作为一种可实施方式，所述根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动，包括以下步骤：
[0026]
若实际距离差值大于预设距离差值，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人向目标位置点靠近且偏移；
[0027]
若实际距离差值小于预设距离差值，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人远离目标位置点的方向运动；
[0028]
若实际距离差值等于预设距离差值，机器人控制模块则不调整运动方向。
[0029]
作为一种可实施方式，所述控制机器人向目标位置点靠近且偏移，包括以下步骤：
[0030]
基于实际距离差值h与预设距离差值h1，得到实际距离差值与预设距离差值的差值δh＝h-h1》0；
[0031]
通过移动位移s和δh得到偏移夹角α3，α3＝arctan(δh/s)；
[0032]
基于偏移夹角α3和δh得到待调整转弯向角度β，β＝f(α3,δh)，其中f表示调整函数；
[0033]
按照待调整转弯向角度β向目标位置靠近。
[0034]
作为一种可实施方式，所述控制机器人远离目标位置点的方向运动，包括以下步骤：
[0035]
基于实际距离差值h与预设距离差值h1，得到实际距离差值与预设距离差值的差值δh＝h-h1《0；
[0036]
通过移动位移s和δh得到偏移夹角α3，α3＝arctan(δh/s)；
[0037]
基于偏移夹角α3和δh得到待调整转弯向角度β，β＝f(α3,δh)，其中f表示调整函数；
[0038]
按照待调整转弯向角度β向目标位置远离。
[0039][0040]
一种基于自然物体的单目自动驾驶导航系统，包括信息获取模块、坐标建立模块、第一计算模块、第二计算模块及方向调整模块；
[0041]
所述信息获取模块，用于在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
[0042]
所述坐标建立模块，用于以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
[0043]
所述第一计算模块，用于在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
[0044]
所述第二计算模块，用于基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
[0045]
所述方向调整模块，用于根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
[0046]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下所述的方法步骤：
[0047]
在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
[0048]
以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
[0049]
在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
[0050]
基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
[0051]
根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
[0052]
一种基于自然物体的单目自动驾驶导航装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下所述的方法步骤：
[0053]
在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
[0054]
以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
[0055]
在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，
通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
[0056]
基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
[0057]
根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
[0058]
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
[0059]
本发明基于机器人的直线运动进行参考，进而建立空间轨迹直角坐标系，通过机器人视角判断机器人离目标位置的距离以及是否偏移目标距离；
[0060]
通过本发明的方法，能进行实时的更替目标，重复达到自己进行定位应用；通过本发明的方法建立空间轨迹直角坐标系，因此不需要依赖gps等定位系统，能够直接使用，后续应用很方便，工作量大大的减小。
附图说明
[0061]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0062]
图1是本发明方法的整体流程示意图；
[0063]
图2是本发明系统的整体结构示意图；
[0064]
图3是本发明方法的原理示意图。
具体实施方式
[0065]
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0066]
在现有的机器人导航的控制方法中，一般会基于gps及视觉导航系统，而在视觉导航系统中会添加成熟的slam算法，这样的实现方式会导致工作量大，数据采集量大，并且受地形影响严重，使用slam算法需要先建地图，因此工作量大，应用很麻烦，不能直接使用。因此提出以下方案：
[0067]
一种基于自然物体的单目自动驾驶导航方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0068]
s100、在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
[0069]
s200、以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
[0070]
s300、在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
[0071]
s400、基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
[0072]
s500、根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
[0073]
由于现有技术中机器人定位的实现方式会导致工作量大，数据采集量大，并且受地形影响严重，使用slam算法需要先建地图，因此本发明基于机器人的直线运动进行参考，进而建立空间轨迹直角坐标系，通过机器人视角判断机器人离目标位置的距离以及是否偏移目标距离；由于机器人是在行走过程中，因此能进行实时的更替目标，重复达到自己进行定位应用；另外，通过本发明的方法建立空间轨迹直角坐标系，将空间轨迹直角坐标系和机器人定位进行了合理的结合，因此不需要依赖gps等定位系统，能够直接使用，后续应用很方便，工作量大大的减小。
[0074]
在本发明中，由于机器人是沿直线运动，因此预设距离差值是提前设置好的，此距离其实就是在x轴上机器人中心点到目标位置的距离，只要整个运动过程中保持这个距离不变，说明机器人就是沿直线运动的。
[0075]
具体地，在步骤s400中，所述基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，包括以下步骤：
[0076]
s410、基于第一像素距离及预设成像距离，结合预设角度计算模型得到机器人在第一时段机器人中心点与目标位置点的第一夹角；
[0077]
s420、基于第二像素距离及预设成像距离，结合预设角度计算模型得到机器人在第二时段机器人中心点与目标位置点的第二夹角；
[0078]
s430、基于第一夹角、第二夹角及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值。
[0079]
在实际应用中，第一像素距离和第二像素距离不能直接得到实际距离差值，需要先计算出相关联的角度，也就是此实施例中的第一夹角和第二夹角，第一夹角和第二夹角其实就是在空间轨迹直角坐标系中不同时刻下以机器人视角来观看的自己中心与目标位置的夹角。通过不同时刻下获得到的第一夹角和第二夹角及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值。
[0080]
在一个实施例中，所述预设差值模型表示为：
[0081][0082]
其中，s＝h1-h2，α1表示第一夹角，α2表示第二夹角，s表示移动位移，h1表示目标位置点到成像底片的垂直距离，h2表示目标位置点到第二时段下机器人中心在y轴的距离，h表示实际距离差值。
[0083]
具体地，所述预设角度计算模型为：
[0084]
其中，α表示夹角，d表示对边，l表示邻边；
[0085]
将第一像素距离设为d1，第二像素距离设为d2，预设成像距离设为l，则所述预设角度计算模型表示为：
[0086]
[0087][0088]
其中，α1表示第一夹角，α2表示第二夹角。
[0089]
此实施例可以参照附图3所示，整个计算过程中，首先需要计算出第一夹角α1和第二夹角α2，通过第一夹角α1和第二夹角α2进而得到实际距离差值h。
[0090]
在步骤s500中，所述根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动，包括以下步骤：
[0091]
s510、若实际距离差值大于预设距离差值，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人向目标位置点靠近且偏移；
[0092]
s520、若实际距离差值小于预设距离差值，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人远离目标位置点的方向运动；
[0093]
s530、若实际距离差值等于预设距离差值，机器人控制模块则不调整运动方向。
[0094]
结合构建的空间轨迹直角坐标系，则具体的控制方式如下：
[0095]
所述控制机器人向目标位置点靠近且偏移，包括以下步骤：
[0096]
基于实际距离差值h与预设距离差值h1，得到实际距离差值与预设距离差值的差值δh＝h-h1》0；
[0097]
通过移动位移s和δh得到偏移夹角α3，α3＝arctan(δh/s)；
[0098]
基于偏移夹角α3和δh得到待调整转弯向角度β，β＝f(α3,δh)，其中f表示调整函数；
[0099]
按照待调整转弯向角度β向目标位置靠近。
[0100]
或者是，所述控制机器人远离目标位置点的方向运动，包括以下步骤：
[0101]
基于实际距离差值h与预设距离差值h1，得到实际距离差值与预设距离差值的差值δh＝h-h1《0；
[0102]
通过移动位移s和δh得到偏移夹角α3，α3＝arctan(δh/s)；
[0103]
基于偏移夹角α3和δh得到待调整转弯向角度β，β＝f(α3,δh)，其中f表示调整函数；
[0104]
按照待调整转弯向角度β向目标位置远离。
[0105]
在本发明中，调整函数f可以为现有公知的调整函数，也可以是本技术中后续研发的特有的调整函数，本技术中只是提出以机器人视角来调整自己运行位置的方案。通过将机器人视角实际调整角度，使得机器人调整自己的位置更加便捷。
[0106]
实施例2：
[0107]
一种基于自然物体的单目自动驾驶导航系统，如图2所示，包括信息获取模块100、坐标建立模块200、第一计算模块300、第二计算模块400及方向调整模块500；
[0108]
所述信息获取模块100，用于在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
[0109]
所述坐标建立模块200，用于以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
[0110]
所述第一计算模块300，用于在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机
器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
[0111]
所述第二计算模块400，用于基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
[0112]
所述方向调整模块500，用于根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
[0113]
实施例3：
[0114]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下所述的方法步骤：
[0115]
s100、在机器人移动过程中，机器人控制模块获取第一图像、第二图像及目标位置图像，其中，第一图像为第一时段运动到第一位置点的图像，第二图像为第二时段运动到的第二位置点的图像；
[0116]
s200、以机器人成像胶片所在平面作为x轴，以目标位置方向作为y轴的正方向，建立空间轨迹直角坐标系；
[0117]
s300、在所述空间轨迹直角坐标系内，通过第一图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第一像素距离，通过第二图像得到机器人中心点到机器人成像中心的第二像素距离，通过第一图像和第二图像得到机器人中心点发生的移动位移；
[0118]
s400、基于第一像素距离、第二像素距离及移动位移并结合预设差值模型得到实际距离差值，并将实际距离差值与预设距离差值进行对比；
[0119]
s500、根据实际距离差值和预设距离差值的大小关系，机器人控制模块调整运动方向，控制机器人靠近或远离目标位置点的方向运动。
[0120]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0121]
本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。
[0122]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0123]
本发明是参照根据本发明的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0124]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包
括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0125]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0126]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。