[发明专利]基于数据矩阵码的移动机器人定位方法

摘要

一种基于数据矩阵码的移动机器人定位方法，涉及移动机器人技术领域，所解决的是降低定位实现成本，及提高定位精度的技术问题。该方法先在移动机器人工作区域内设定多个定位点，再将每个定位点的坐标编译成二维的数据矩阵码后印制成定位标签，并将各个定位点的定位标签张贴在天花板上；移动机器人利用相机获取天花板上的定位标签图像，再根据定位标签图像在相机自身图像坐标系中的坐标，计算出相机与定位标签之间的相对坐标，并结合定位标签中的数据矩阵码所标示的定位点的坐标，计算出移动机器人当前位置点的具体坐标。本发明提供的方法，适用于移动机器人的移动定位。

主权项

一种基于数据矩阵码的移动机器人定位方法，其特征在于，具体步骤如下：先为移动机器人工作区域设定一个用于标示地面位置点的地面坐标系，并在移动机器人工作区域内设定多个定位分区，在每个定位分区内设定一个定位点，在移动机器人上安置一个镜头朝上的相机；再将每个定位点在地面坐标系中的坐标编译成二维的数据矩阵码，并印制在标签上，从而得到各个定位点的定位标签；再将每个定位点的定位标签张贴在该定位点所属定位分区正上方的天花板上；移动机器人位于一个定位分区内时，利用相机获取该定位分区的定位点的定位标签图像，再根据该定位标签图像在相机自身图像坐标系中的坐标，计算出相机与该定位标签之间的位置关系，并从该定位标签图像中提取出定位点的数据矩阵码，将所提取的数据矩阵码转换为定位点在地面坐标系中的坐标之后，结合相机与该定位标签之间的位置关系，计算出移动机器人当前位置点在地面坐标系中的具体坐标，相机与定位标签之间的位置关系是指：相机当前位置点与定位标签之间的水平间距，及相机当前位置点在地面坐标系中的坐标方位角；所述定位标签上还印制有定位图案，及用于标示数据矩阵码的行列数的交替图案；所述数据矩阵码由黑白两种方块构成，且两种方块的形状一致，数据矩阵码中的各个方块排列成二维的矩阵形状；所述定位图案是具有两条直边的黑色L形图案，其中的一条直边为定位图案的横边，另一条直边为定位图案的纵边，定位图案具有三个标签基准点，其中的一个标签基准点为主基准点，另两个标签基准点副基准点，其中的主基准点位于两条直边的接合部，两个副基准点分别位于两条直边的自由端；所述交替图案是具有两条直边的由黑白两种方块交替排列而成的L形图案，其中的一条直边为交替图案的横边，另一条直边为交替图案的纵边，交替图案中的每个方块的形状均与数据矩阵码的方块形状一致，交替图案与定位图案围合成一个矩形框，所述数据矩阵码印制在由定位图案与交替图案围合成的矩形框内，交替图案中，除两条直边接合部的方块外，横边上的每一个方块标示数据矩阵码的一个方块列，纵边上的每一个方块标示数据矩阵码的一个方块行，从定位标签图像中提取出定位点的数据矩阵码后，根据交替图案所标示的行列数对数据矩阵码进行解码；计算相机与定位标签之间位置关系的方法如下：先从定位标签图像中提取定位图案，并获取定位图案的三个标签基准点在相机图像坐标系中的坐标，再结合相机图像坐标系中的原点的坐标及相机的数学模型，计算出相机与定位标签之间的位置关系；每个定位标签中，定位图案的横边、纵边分别与地面坐标系的横坐标轴、纵坐标轴平行；相机自身坐标系的横坐标轴、纵坐标轴分别与机器人自身坐标系的横坐标轴、纵坐标轴平行；计算移动机器人当前位置点在地面坐标系中具体坐标的计算公式如下：；式中，为移动机器人当前位置点在地面坐标系中的坐标，为定位标签相对于地面坐标系的转换矩阵，为定位标签相对于相机图像坐标系的转换矩阵，为相机相对于移动机器人的转换矩阵；的矩阵公式为：；式中，为定位标签在地面坐标系中的横坐标平移分量，为定位标签在地面坐标系中的纵坐标平移分量，和在定位标签张贴于天花板之后通过标定得到；的矩阵公式为：；式中，为相机图像坐标系中的相机焦距横坐标值，为相机图像坐标系中的相机焦距纵坐标值，z为相机中心点与天花板之间的竖向间距，u为主基准点投影图像在相机图像坐标系中的横坐标，v为主基准点投影图像在相机图像坐标系中的纵坐标，主基准点投影图像是指定位标签的定位图案主基准点在定位标签图像中的投影，为相机图像坐标系的原点在相机图像坐标系中的横坐标值，为相机图像坐标系的原点在相机图像坐标系中的纵坐标值，θ为定位横边投影图像与相机图像坐标系横轴之间的夹角，定位横边投影图像是指定位标签上的定位图案的横边在定位标签图像中的投影；的矩阵公式为：；式中，为相机中心点与移动机器人中心点在地面坐标系中的横坐标差值，为相机中心点与移动机器人中心点在地面坐标系中的横坐标差值，为相机中心点与移动机器人中心点之间的竖向间距；相机中心点是相机上的一个预先标定的固定点，移动机器人中心点是移动机器人上的一个预先标定的固定点。