= 0.05，P = 0.1，ω的最大值为0.3rad/s。而当设置机器人运行的最大线速度为0.5m/s时，曝光时间调节为100us，对设置的Θ、S、K、P、ω分别为:Θ最大阈值为5°，θ最小阈值为-5°，3最大阈值为5011，3最小阈值为-5011，1( = 0.1，？ = 0.15，ω的最大值为0.5rad/s。
[0176]在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤: 步骤I)实时采集所述移动机器人所在预设场景内的场景图像，并转换为灰度图像，其中，所述预设场景中预设有条带，所述条带的预定位置上设置有至少一个二维码标签，所述二维码至少包含用于控制移动机器人移动的状态转换信息和速度变换信息，； 步骤2)识别并解码所述灰度图像中的二维码，获得所述状态转换信息和速度变换信息;并同时确定同一帧所述灰度图像中所述条带的轮廓中心线，计算所述条带的轮廓中心线与所述灰度图像中心线的偏移距离和偏移角度;和 步骤3)根据所述状态转换信息和速度变换信息调整移动机器人的线速度和运动方向，并同时根据所述偏移距离和偏移角度对移动机器人的角速度进行实时纠偏。2.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，在所述步骤3)中，根据所述状态转换信息确定所述移动机器人启动、停止，或变换方向，根据所述速度变换信息确定所述移动机器人加速、减速，以及确定最大速度、最小速度。3.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，所述步骤3)中根据所述状态转换信息和速度变换信息调整移动机器人的线速度和运动方向的步骤中: 所述状态转换信息和速度变换信息为启动时，则移动机器人开始运动； 所述状态转换信息和速度变换信息为停止时，则移动机器人停止运动； 所述状态转换信息和速度变换信息为加速时，则移动机器人开始加速运动； 所述状态转换信息和速度变换信息为减速时，则移动机器人开始减速运动； 所述状态转换信息和速度变换信息为转向时，则移动机器人开始转向； 所述状态转换信息和速度变换信息为返回时，则移动机器人开始反向运动。4.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，步骤I)中还包含以下子步骤: i)根据相机安装位置以及实际环境调节相机配套光源的亮度； ii)根据当前光照水平调节相机曝光时间，所述曝光时间范围为100us至8000us; i i i)实时采集连续清晰的场景图像。5.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，所述步骤2)中的识别并解码所述灰度图像中的二维码，获得所述状态转换信息和速度变换信息的步骤还进一步包含以下子步骤: i)预先对二维码进行编码，使所述二维码中至少包含状态转换信息和速度变换信息； ii)在所述灰度图像中确定二维码的四个顶点，将所述四个顶点顺次连接起来，从而对所述二维码进行标记； i i i)对二维码进行解码，获得所述状态转换信息和速度变换信息。6.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，所述步骤2)中的确定同一帧所述灰度图像中所述条带的轮廓中心线，并计算所述条带的轮廓中心线与所述灰度图像中心线的偏移距离和偏移角度的步骤还进一步包含以下子步骤: i)对所述灰度图像进行全局阈值的二值化操作，对二值化后的图像提取边界，进行8邻域连接； ii)根据所述轮廓所包含的区域，通过计算轮廓横截面的几何中心并确定横截面定位得到所述轮廓中心线； iii)计算所述条带轮廓中心线与所述灰度图像的中心线之间的像素点； iv)对像素点进行标定，获取单个像素点对应的实际物理距离，从而确定所述条带轮廓中心线和所述灰度图像的中心线的实际距离； V)根据所述条带轮廓中心线与所述灰度图像中心线的夹角确定偏移角度。7.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，所述步骤3)中根据所述偏移距离和偏移角度对移动机器人的角速度进行实时纠偏的步骤进一步包含以下子步骤: i)根据所述条带轮廓中心线在所述灰度图像中的位置对所述偏移距离S和偏移角度Θ设置正负，其中，S是所述条带轮廓中心线与所述灰度图像中心线在X轴上的位置偏移，如图3中的左侧小图所示;Θ是所述条带轮廓中心线与所述灰度图像y轴之间的夹角的角度， 若所述条带轮廓中心线与所述灰度图像中心线重合，则S = 0，若所述条带轮廓中心线与所述灰度图像中心线平行，则θ = 0; ii)若所述偏移距离S大于预先设定的最大偏移距离阈值，则所述角速度为正，移动机器人向右偏转;若所述偏移距离S小于最小偏移距离阈值，则角速度为负，移动机器人向左偏转，直到所述偏移距离S在所述最大和最小偏移距离阈值的范围内； iii)若所述偏移角度Θ大于预先设置的最大偏移角度阈值，则所述角速度为正，移动机器人向右偏转;若所述偏移角度Θ小于预先设置的最小偏移角度阈值时，则角速度为负，移动机器人向左偏转，直到所述偏移角度Θ在所述最大和最小偏移角度阈值范围内时，则移动机器人保持直行。8.根据权利要求1所述的一种移动机器人视觉导航方法，其特征在于，在进行所述步骤ii)的距离纠偏时，设置系数K，则角速度ω =KX当前偏移距离S，在进行所述步骤iii)的角度纠偏时，设置系数P，则角速度ω =PX当前偏移角度Θ。9.一种移动机器人视觉导航系统，其特征在于，包含能进行通讯的采集模块与上位机，其中， 所述采集模块设置在移动机器人上，用于采集所述移动机器人所在预设场景内的场景图像，并发送给所述上位机，其中，所述预设场景中预设有条带，所述条带上设置有二维码标签，所述二维码至少包含用于确定移动机器人移动的状态转换信息和速度变换信息； 所述上位机进一步包含: 图像转换模块，用于接收所述场景图像并转换为灰度图像； 解码与计算模块，用于识别并解码所述灰度图像中的二维码，获得所述状态转换信息和速度变换信息；以及确定同一帧所述灰度图像中所述条带的轮廓中心线，并计算所述条带的轮廓中心线与所述灰度图像中心线的偏移距离和偏移角度； 调整与纠偏模块，用于根据所述状态转换信息和速度变换信息调整移动机器人的线速度和运动方向，并同时根据所述偏移距离和偏移角度对移动机器人的角速度进行实时纠偏。 在另一优选例中，所述移动机器人视觉导航系统还包含避障传感器，所述避障传感器能与所述上位机通讯，用于检测所述移动机器人移动方向上的障碍物，并在检测到障碍物时通知上位机避障。10.—种仓库系统，其特征在于，包含预定场景与可移动的机器人，其中 所述预定场景中预设有条带，所述条带上设置有二维码标签，所述二维码至少包含用于确定移动机器人移动的状态转换信息和速度变换信息； 所述可移动的机器人还包含能进行通讯的采集模块与上位机，其中， 所述采集模块设置在移动机器人上，用于采集所述移动机器人所在预设场景内的场景图像，并发送给所述上位机； 所述上位机进一步包含: 图像转换模块，用于接收所述场景图像并转换为灰度图像； 解码与计算模块，用于识别并解码所述灰度图像中的二维码，获得所述状态转换信息和速度变换信息；以及确定同一帧所述灰度图像中所述条带的轮廓中心线，并计算所述条带的轮廓中心线与所述灰度图像中心线的偏移距离和偏移角度； 调整与纠偏模块，用于根据所述状态转换信息和速度变换信息调整移动机器人的线速度和运动方向，并同时根据所述偏移距离和偏移角度对移动机器人的角速度进行实时纠偏。
【专利摘要】本发明公开了一种移动机器人视觉导航方法及系统，本方法实时采集移动机器人所在场景内的场景图像并转换为灰度图像；识别并解码灰度图像中的二维码，获得状态转换信息和速度变换信息；同时确定同一帧灰度图像中条带的轮廓中心线，计算条带的轮廓中心线与灰度图像中心线的偏移距离和偏移角度；根据状态转换信息和速度变换信息调整移动机器人的线速度和运动方向，同时根据偏移距离和偏移角度对移动机器人的角速度进行实时纠偏。本发明利用图像的方式同时采集条带上的二维码和用于纠偏的场景图像，对同一帧图像中二维码和条带进行合并处理，同时控制机器人的预定运动和实时纠偏，能够显著地简化控制和纠偏方法，提高速度，并使系统更加稳定。
【IPC分类】G05D1/02, G01C21/20
【公开号】CN105651286
【申请号】
【发明人】陈庆盈, 张慧娟, 郑天江, 杨兴, 常皓, 杨巍
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月26日