基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，其特點是：定位系統包括安裝在移動機器人小車上的二維碼定位控制器、至少兩個二維碼讀碼器和分布于地面上的二維碼標簽，所述的二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，所述的通信接口與至少兩個二維碼讀碼器相連接。本實用新型專利技術設計合理，在移動機器人小車上安裝至少兩個二維碼讀碼器實現對移動機器人的精確定位功能，從而使誤差范圍比原來縮小了幾十倍，提高了定位的準確性，同時保證了車體運行平穩、滑爽，達到了預期效果，具有精度高、穩定性強且便于實施等特點。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于移動機器人小車定位領域，尤其是一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統。
技術介紹
目前，移動機器人小車定位系統普遍采用二維碼視覺定位方法。現有的移動機器人小車定位系統通常安裝一個二維碼讀碼器實現的，其具體方法是:在移動機器人小車的中心位置安裝一個二維碼讀碼器，同時在室內地面按照一定間隔敷設一定數量的二維碼，機器人小車上的二維碼讀碼器每經過一個二維碼，就對該二維碼進行拍攝，然后以位于小車中心點的二維碼的一組對邊和沿著小車前進方向的直線所構成的夾角以及夾角的兩條線之間的線性距離作為小車角度偏離的判別標準。上述定位系統存在的問題是:當移動機器人小車比較長時，小車偏離夾角在車體尾部兩邊之間的線性距離往往幾倍大于車體中心點附近的線性距離，一旦中心點偏角有略微的誤差，就會造成車體尾部的大幅度誤差，這就要求車體中心點的偏角必須十分精確，也就對手工操作和設備精度提出了很高的要求:其一，手工敷設二維碼，其二維碼的姿態必須完全正確，其四條邊和車體十字中心線必須互為垂直，稍微有一點傾斜就會出現中心點的偏角；其二，要求讀碼設備精度非常高，讀出的二維碼四個頂點的數據不能有任何誤差，否則，也會因計算錯誤而形成中心點的偏角。以上要求對于實際工作很難做到:首先，人工操作難以保證沒有誤差，其次，即使是精度非常高的二維碼讀碼器在車體動態運行時，也往往會產生略微的誤差。綜上所述，采用一個二維碼讀碼器進行視覺定位存在兩個問題:1、施工難度大，對人工和環境設備要求非常苛刻，形成人工成本和設備成本的高投入；2、容錯性差，移動機器人運行非常不穩定:由于采用一個二維碼讀碼器定位的方法不能容錯人工和設備的誤差而常常造成誤判斷，致使移動機器人不得不長期處于大幅度位姿調整的狀態，移動機器人運行時機體晃動、搖擺不定，嚴重影響了穩定性。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種定位準確、穩定性強且便于實施的基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統。本技術解決其技術問題是采取以下技術方案實現的:一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，包括安裝在移動機器人小車上的二維碼定位控制器、至少兩個二維碼讀碼器和分布于地面上的二維碼標簽，所述的二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，所述的通信接口與至少兩個二維碼讀碼器相連接，微處理器通過通信接口控制二維碼讀碼器進行二維碼圖像采集、接收二維碼圖像并實現移動機器人的精確定位功能。而且，所述的通信接口為網絡接口、USB接口或者1394接口，所述的二維碼讀碼器為具有網絡接口、USB接口或者1394接口的攝像頭。而且，所述二維碼讀碼器為兩個的時候，其安裝在移動機器人小車上的位置為:兩個二維碼讀碼器安裝在移動機器人小車長度方向的中心線上，一個位于移動機器人小車的中心點，另外一個位于移動機器人小車的尾部，兩個二維碼讀碼器之間的距離近似于移動機器人車體長度的二分之一。本技術的優點和積極效果是:1、本定位系統在移動機器人小車上安裝至少兩個二維碼讀碼器實現對移動機器人的精確定位功能，克服了長期以來視覺定位系統中使用一個二維碼讀碼器在車體中心的四個頂點來計算角度的技術偏見，從而使誤差范圍比原來縮小了幾十倍，提高了定位的準確性。2、本定位系統通通過至少兩個二維碼讀碼器可以使容錯范圍得到擴大:即使貼碼角度稍有誤差或二維碼讀碼器輸出略有誤差也都不會影響測量的精度，增強了二維碼的普及性、易用性和使用效果。3、本技術設計合理，保證了車體運行平穩、滑爽，不再出現以前運行過程中的大幅度抖動現象，達到了預期效果，取得了機器人視覺定位的突出效果和顯著進步。附圖說明圖1為本技術的系統連接示意圖；圖2為兩個二維碼讀碼器安裝在一個移動機器人小車上的位置示意圖；圖3為采用一個二維碼讀碼器測量時的位姿線性誤差示意圖；圖4為采用二個二維碼讀碼器測量時的偏離角度示意圖；圖5為采用二個二維碼讀碼器測量時的中心點位置偏差示意圖；圖6為分時獲得兩個二維碼的誤差示意圖；圖7為移動機器人小車在世界坐標系的偏離角度示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術實施例做進一步詳述:一種基于多個讀碼器的移動機器人定位系統，基于在先專利申請(專利名稱:基于二維碼的移動機器人定位系統和方法，申請號:201210186563.5)，關于小車位置的偏差計算已在上個專利中詳細說明，本技術中對此不做重復性說明，本實施例中也只是圍繞本次
技術實現思路
進行說明。一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，如圖1所示，包括安裝在移動機器人小車上的二維碼定位控制器、至少兩個二維碼讀碼器和分布于地面上的二維碼標簽，該二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，微處理器通過通信接口與至少兩個二維碼讀碼器相連接，用于控制二維碼讀碼器進行二維碼圖像采集、接收二維碼讀碼器采集的二維碼圖像并實現精確定位功能。如圖2所示，二維碼讀碼器I和二維碼讀碼器2安裝在移動機器人小車3上，其安裝位置為:在移動機器人小車長度方向的中心線上安裝兩個二維碼讀碼器，一個位于移動機器人小車的中心點，另外一個位于移動機器人小車的尾部，兩個二維碼讀碼器之間的距離近似于移動機器人小車長度的二分之一。所述的通信接口為網絡接口、USB接口或者1394接口，所述的二維碼讀碼器為具有網絡接口、USB接口或者1394接口的攝像頭。該移動機器人定位系統是通過內置于微處理器內的二維碼定位控制軟件來實現的，該二維碼定位控制軟件包括攝像頭標定模塊、圖像處理模塊、坐標變換模塊和編碼值映射模塊，所述的攝像頭標定模塊用于對攝像頭進行標定，以建立攝像頭和移動機器人小車之間的對應關系；所述的圖像處理模塊輸出二維碼四個頂點在圖像坐標系中的坐標；所述的編碼值映射模塊將每個唯一編碼值一一對應對應其在室內的實際地理位置；所述的坐標變換模塊輸出小車位置偏差值、位姿變化值和小車當前的位置和方向。下面首先對本技術的定位原理進行說明。當采用一個二維碼讀碼器時，如圖3所示，小車角度測量是以小車的中心線(沿長度方向)和二維碼一組對邊的夾角作為測量依據，當二維碼的姿態未發生傾斜時，其夾角為O度，當二維碼發生了傾斜時，中心點附近2MM的線性偏差將產生小車尾部的幾倍于它的偏差，也就是說采用一個二維碼編碼器會產生很大的偏差。當采用兩個二維碼讀碼器時，如圖4所示，兩個二維碼讀碼器同時拍攝兩張二維碼圖片時，盡管第一個和第二個二維碼的姿態都明顯發生了傾斜，但此時不再以二維碼的傾斜邊作為測量依據，而只是和兩個二維碼的中心點有關系，從圖5中看到，雖然兩個二維碼各自左右傾斜，但中心點是準確的，兩個中心點都在小車的中心線上而未發生絲毫的偏離，因此，用兩個中心點測量的方法只要求中心點準確，和二維碼的姿態沒有任何關系；雖然采用兩個中心點的方法也會帶來一些副作用:如圖6所示，兩個中心點的位置可能會有偏差，如圖7所示，同一時刻會出現只能拍攝到其中一個二維碼，而不能同時獲取兩個碼的情況，但是以上兩種情況所造成的誤差都是非常小，可以忽略不計，盡管兩個中心點之間有2MM的誤差，但由于一個中心點位于車體的中心，另外一個中心點位于車體的尾部，因此可以看成是整個車體的誤差，這與圖3采用一個二維碼的測量結果相比，誤差僅是原來的幾分之一；如圖7所示，雖然本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，其特征在于：包括安裝在移動機器人小車上的二維碼定位控制器、至少兩個二維碼讀碼器和分布于地面上的二維碼標簽，所述的二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，所述的通信接口與至少兩個二維碼讀碼器相連接，微處理器通過通信接口控制二維碼讀碼器進行二維碼圖像采集、接收二維碼圖像并實現移動機器人的精確定位功能。

【技術特征摘要】
1.一種基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，其特征在于:包括安裝在移動機器人小車上的二維碼定位控制器、至少兩個二維碼讀碼器和分布于地面上的二維碼標簽，所述的二維碼定位控制器由微處理器和通信接口連接構成，所述的通信接口與至少兩個二維碼讀碼器相連接，微處理器通過通信接口控制二維碼讀碼器進行二維碼圖像采集、接收二維碼圖像并實現移動機器人的精確定位功能。2.根據權利要求1所述的基于多個二維碼讀碼器的移動機器人定位系統，其特征在于:所述的通信...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉征，景國輝，金緯，
申請(專利權)人：無錫普智聯科高新技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：