[发明专利]一种基于惯性和视觉特征的定位装置、方法及机器人

说明书

本发明公开一种基于惯性数据和视觉特征的定位装置、定位方法及机器人，该定位装置是一种可移动的视觉定位装置，包括：图像采集模块，其摄像头朝向保持向后并放置在所述定位装置的预设位置中，用于避免前进过程中被障碍物碰撞；图像处理模块，包括图像预处理子模块和特征匹配子模块，用于处理采集的图像数据；惯性数据采集处理模块，用于实时感应惯性传感器的旋转角度信息，加速度信息及平移速度信息；融合定位模块，用于对各传感器模块所获取的环境信息进行融合以实现定位。相对于现有技术，有效避免机器前进时摄像头被障碍物挡住，使用特征匹配的图像数据融合惯性数据并结合相对位置关系更新地标，使得特征匹配结果更准确，增强定位算法的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及定位方法和装置，具体涉及一种基于惯性数据和视觉特征的定位装置、定位方法及机器人。

背景技术

机器人实现智能化，一个基础技术是能够自己定位和行走，室内导航技术是其中的关键技术。目前室内导航技术有惯性传感器导航、激光导航、视觉导航、无线电导航等等，各个技术都有自己的优缺点。惯性传感器导航是应用陀螺仪、里程计等进行导航定位，价格低廉，但是存在长时间漂移的问题；激光导航精度高，但是价格比较高，寿命也是一个问题；传统意义上的视觉导航，计算复杂，对于处理器性能要求比较高，功耗和价格会比较高；无线电需要多个固定的无线电发射源，应用不方便，价格也还比较高。多技术的融合，实现低成本和高精度是机器人导航技术的一个发展方向。

现有视觉扫地机产品中，摄像头放置在机器的前面，一般情况下都需要略微突起，才能够获得比较好的视角，然而，这样容易导致摄像头镜片被一些难以检测到的物体碰到，容易刮花镜片；并且机器的前面一般放置的传感器比较多，例如很多机器有碰撞条和圆柱形的360度红外接收装置，这些容易挡住摄像头，导致摄像头的角度需要加大。

发明内容

一种基于惯性数据和视觉特征的定位装置，该定位装置是一种可移动的视觉定位装置，包括图像采集模块、图像处理模块、惯性数据采集模块和融合定位模块；

图像采集模块的摄像头朝向保持向后并放置在所述定位装置的预设位置中，用于避免在所述定位装置前进过程中被障碍物碰撞，其中所述摄像头的数目至少为一个；

图像处理模块，包括图像预处理子模块和特征匹配子模块，用于处理图像采集模块中采集的图像数据；其中，图像预处理子模块用于将所述摄像头采集的数据转换为灰度图像，特征匹配子模块用于从图像预处理子模块预处理的图像中提取出特征数据与地标数据库中的地标图像相关联特征进行匹配；其中所述数据库为图像处理模块内置的地标数据库，该地标数据库包括给定地标相关联区域的图像特征点；

惯性数据采集处理模块，由一系列惯性数据测量单元组成，实时感应惯性传感器的旋转角度信息，加速度信息及平移速度信息；

融合定位模块，用于根据图像处理模块中的特征匹配结果，对惯性数据采集处理模块采集的惯性数据进行数据融合，再通过数据融合结果修正当前位置信息。

进一步地，所述预设位置为所述定位装置顶部表面的中部开口向后的凹入和/或凸出结构处。

进一步地，所述预设位置为所述定位装置顶部表面的尾部开口向后的凹入和/或凸出结构处。

进一步地，所述摄像头的光学轴与所述定位装置顶部表面形成的角度横跨0—80度。

进一步地，所述融合定位模块中，当所述图像处理模块中的特征匹配成功时，根据所述灰度图像特征与实际场景中地标的成像特征几何关系，计算出所述定位装置当前位置坐标，并使用所述惯性数据更新修正；

当所述图像处理模块中的特征匹配失败时，根据所述惯性数据的累积值求出所述惯性传感器与所述摄像头的刚性连接关系，同时结合所述灰度图像特征与地标数据库中的地标图像相关联特征的相对姿态，计算出新的地标并存储记录在所述地标数据库中，完成新路标的创建；