一種移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法與系統(tǒng)、以及倉庫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人視覺導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二維碼和條帶的移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法與系統(tǒng)，以及倉庫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]移動機(jī)器人在倉儲物流、移動操作等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求。
[0003]導(dǎo)航技術(shù)是移動機(jī)器人的一項關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法是敷設(shè)金屬導(dǎo)線或磁釘，雖控制簡單，但安裝不便，維護(hù)成本較高;而慣性導(dǎo)航則利用光電編碼器和陀螺儀，雖簡單靈活，但易受各種干擾的影響，誤差不斷累積。近年來，視覺導(dǎo)航以其信息量大、靈敏度高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點在移動機(jī)器人導(dǎo)航中得到廣泛關(guān)注。
[0004]視覺導(dǎo)航是移動機(jī)器人通過圖像采集獲取機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)下的環(huán)境信息，通過對環(huán)境圖像的處理與分析確定環(huán)境對象和機(jī)器人在環(huán)境中的位置，從而控制移動機(jī)器人的速度和方向的。鑒于活動場景的復(fù)雜性和移動機(jī)器人的動態(tài)特性，又由于要在機(jī)器人運動過程中對圖像進(jìn)行處理，視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性還不夠。例如，通過不斷對周圍環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)以建立環(huán)境地圖來進(jìn)行視覺導(dǎo)航的方法，需要依據(jù)精確的地圖，因此對數(shù)據(jù)的處理很大，實時性難以滿足;此外，還有通過對路徑信息的提取來實現(xiàn)在道路上進(jìn)行導(dǎo)航，需要考慮光照、動態(tài)環(huán)境等的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以維持。二維碼和條帶在較復(fù)雜的場景中容易識別，如CN103294059A基于混合導(dǎo)航帶的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及其方法，利用二維碼讀碼器和攝像頭來實現(xiàn)移動機(jī)器人的精確定位功能，而二維碼讀碼器和攝像頭都各自至少一個，對橫向糾偏、縱向糾偏及角度糾偏分開處理，方法不夠簡單；如CN103324194A基于二維碼導(dǎo)航帶的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)，二維碼導(dǎo)航帶由多個二維碼依次相鄰設(shè)置構(gòu)成，設(shè)置了大量的二維碼標(biāo)簽，且使用至少兩個二維碼讀碼器讀取二維碼，來進(jìn)行機(jī)器人的精確定位，依賴于條帶，雖提高了運行速度，但未進(jìn)行快速的圖像處理；如CN102788591基于視覺信息的機(jī)器人沿導(dǎo)引線巡線導(dǎo)航方法，在地面上繪制導(dǎo)引線，控制效果完全依賴于參數(shù)，當(dāng)被控對象的狀態(tài)不同時最佳參數(shù)往往不同，方法有效性有待提尚。
[0005]綜上所述，本領(lǐng)域迫切需要一種更為簡單、快速、有效的移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法及系統(tǒng)，以提高視覺導(dǎo)航的實時性和魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是提供過一種移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法與系統(tǒng)、以及倉庫系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的第一個方面提供了一種移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法，包含以下步驟:
[0008]步驟I)實時采集移動機(jī)器人所在預(yù)設(shè)場景內(nèi)的場景圖像，并轉(zhuǎn)換為灰度圖像，其中，預(yù)設(shè)場景中預(yù)設(shè)有條帶，條帶的預(yù)定位置上設(shè)置有至少一個二維碼標(biāo)簽，二維碼至少包含用于控制移動機(jī)器人移動的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息，；
[0009]步驟2)識別并解碼灰度圖像中的二維碼，獲得狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息；并同時確定同一幀灰度圖像中條帶的輪廓中心線，計算條帶的輪廓中心線與灰度圖像中心線的偏移距離和偏移角度;和
[0010]步驟3)根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息調(diào)整移動機(jī)器人的線速度和運動方向，并同時根據(jù)偏移距離和偏移角度對移動機(jī)器人的角速度進(jìn)行實時糾偏。
[0011]在另一優(yōu)選例中，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息確定移動機(jī)器人啟動、停止，或變換方向。
[0012]在另一優(yōu)選例中，根據(jù)速度變換信息確定移動機(jī)器人加速、減速，以及確定最大速度、最小速度。
[0013]在另一優(yōu)選例中，步驟3)中根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息調(diào)整移動機(jī)器人的線速度和運動方向的步驟中:
[0014]狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息為啟動時，則移動機(jī)器人開始運動；
[0015]狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息為停止時，則移動機(jī)器人停止運動；
[0016]狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息為加速時，則移動機(jī)器人開始加速運動；
[0017]狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息為減速時，則移動機(jī)器人開始減速運動；
[0018]狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息為轉(zhuǎn)向時，則移動機(jī)器人開始轉(zhuǎn)向；
[0019]狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息為返回時，則移動機(jī)器人開始反向運動；
[0020]在另一優(yōu)選例中，步驟I)中還包含以下子步驟:
[0021 ]調(diào)節(jié)相機(jī)配套光源亮度與曝光時間，獲取移動機(jī)器人所在場景內(nèi)的清晰圖像，實現(xiàn)圖像實時采集。
[0022]在另一優(yōu)選例中，步驟I)中還包含以下子步驟:
[0023]i)根據(jù)相機(jī)安裝位置以及實際環(huán)境調(diào)節(jié)相機(jī)配套光源的亮度；
[0024]ii)根據(jù)當(dāng)前光照水平調(diào)節(jié)相機(jī)曝光時間，曝光時間范圍為100us至8000US。
[°°25] iii)通過OpenCV等方式，實時采集連續(xù)清晰的場景圖像。
[0026]在另一優(yōu)選例中，步驟2)中的識別并解碼灰度圖像中的二維碼，獲得狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息的步驟還進(jìn)一步包含以下子步驟:
[0027]i)預(yù)先對二維碼進(jìn)行編碼，使二維碼中至少包含狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息；
[0028]ii)使用Zbar庫等方式，在灰度圖像中確定二維碼的四個頂點，將四個頂點順次連接起來，從而對二維碼進(jìn)行標(biāo)記；
[0029]iii)使用Zbar庫等方式，對二維碼進(jìn)行解碼，獲得狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息和速度變換信息。
[0030]在另一優(yōu)選例中，步驟2)中的確定同一幀灰度圖像中條帶的輪廓中心線，并計算條帶的輪廓中心線與灰度圖像中心線的偏移距離和偏移角度的步驟還進(jìn)一步包含以下子步驟:
[0031]i)對灰度圖像進(jìn)行全局閾值的二值化操作，對二值化后的圖像提取邊界，進(jìn)行8鄰域連接；
[0032]ii)根據(jù)輪廓所包含的區(qū)域，通過計算輪廓橫截面的幾何中心并確定橫截面定位得到輪廓中心線；
[0033]iii)計算條帶輪廓中心線與灰度圖像的中心線之間的像素點；
[0034]iv)對像素點進(jìn)行標(biāo)定，獲取單個像素點對應(yīng)的實際物理距離，從而確定條帶輪廓中心線和灰度圖像的中心線的實際距離；
[0035]V)根據(jù)條帶輪廓中心線與灰度圖像中心線的夾角確定偏移角度。
[0036]在另一優(yōu)選例中，步驟3)中根據(jù)偏移距離和偏移角度對移動機(jī)器人的角速度進(jìn)行實時糾偏的步驟進(jìn)一步包含以下子步驟:
[0037]i)根據(jù)條帶輪廓中心線在灰度圖像中的位置對偏移距離S和偏移角度Θ設(shè)置正負(fù)，其中，S是條帶輪廓中心線與灰度圖像中心線在X軸上的位置偏移，如圖3中的左側(cè)小圖所示;θ是條帶輪廓中心線與灰度圖像y軸之間的夾角的角度，
[0038]若條帶輪廓中心線與灰度圖像中心線重合，貝IjS= O，若條帶輪廓中心線與灰度圖像中心線平行，則θ = 0;
[0039]ii)若偏移距離S大于預(yù)先設(shè)定的最大偏移距離閾值，則角速度為正，移動機(jī)器人向右偏轉(zhuǎn);若偏移距離S小于最小偏移距離閾值，則角速度為負(fù)，移動機(jī)器人向左偏轉(zhuǎn)，直到偏移距I^S在最大和最小偏移距尚閾值的范圍內(nèi)；
[0040]iii)若偏移角度Θ大于預(yù)先設(shè)置的最大偏移角度閾值，則角速度為正，移動機(jī)器人向右偏轉(zhuǎn);若偏移角度Θ小于預(yù)先設(shè)置的最小偏移角度閾值時，則角速度為負(fù)，移動機(jī)器人向左偏轉(zhuǎn)，直到偏移角度Θ在最大和最小偏移角度閾值范圍內(nèi)時，則移動機(jī)器人保持直行。
[0041]在另一優(yōu)選例中，在進(jìn)行步驟ii)的距離糾偏時，設(shè)置系數(shù)K，則角速度Co=KXi前偏移距離S，在進(jìn)行步驟i i i )的角度糾偏時，設(shè)置系數(shù)P，則角速度ω =P X當(dāng)前偏移角度
θο
[0042]在另一優(yōu)選例中，最大偏移距離閾值在20mm至50mm之間，最小偏移距離閾值為-50mm 至 _20mm 之間。
[0043]在另一優(yōu)選例中，最大偏移角度閾值在5°至15°之間，最小偏移角度閾值在-15°至-5°之間。
[0044]在另一優(yōu)選例中，條帶的寬度為2cm，二維碼標(biāo)簽的寬度或長度選擇為0.1h，h是相機(jī)的安裝高度。
[0045]在另一優(yōu)選例中，方法還進(jìn)一步包含以下步驟:
[0046]步驟4)檢測移動機(jī)器人移動方向上的障礙物，當(dāng)檢測到障礙物時，控制移動機(jī)器人減速，當(dāng)檢測到障礙物的存在超過預(yù)定時間，則控制移動機(jī)器人停止并等待，當(dāng)檢測到障礙物消失，則控制移動機(jī)器人繼續(xù)移動。
[0047]本發(fā)明的第二個方面提供了一種移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，包含能進(jìn)行通訊的采集模塊與上位機(jī)，其中，
[0048]采集模塊設(shè)置在移動機(jī)器人上，用于采集移動機(jī)器人所在預(yù)設(shè)場景內(nèi)的場景圖像，并發(fā)送給