一种面向桌面集群机器人的外部定位系统的制作方法

技术特征：
1.一种面向桌面集群机器人的外部定位系统，其特征在于，定位系统硬件上由计算机、工业相机、若干个射频无线通信模块组成，并配合aruco二维码使用；所述工业相机用于获取实验场地的全部信息，工业相机架设于实验场地的顶部，从顶部俯视实验场地；所述计算机负责解算工业相机所拍摄的图像获得场地内所有集群机器人的位姿信息；计算机从软件功能上，分为机器人定位模块、数据管理模块；机器人定位模块用于对实验场地内的机器人进行定位，机器人定位模块需配合aruco定位二维码使用，aruco定位二维码搭载于集群机器人顶部；数据管理模块用于对集群机器人轨迹数据等进行记录，并提供历史数据查询、显示回放功能；所述射频无线通信模块负责与机器人进行通信；为了与不同的机器人进行通信，射频无线通信模块采用分频复用的方式；在外部定位系统工作时，系统对实验场地内集群机器人的位置、航向的定位后，将所有机器人的位姿信息通过射频无线通信模块下发给每个机器人。2.一种应用于面向桌面集群机器人外部定位系统的定位方法，包括集群机器人位置、航向的计算方法，包括如下步骤：步骤1：首先通过基于yolo的目标识别算法识别场地内集群机器人所覆盖的范围，并利用矩形框表示覆盖范围的边界，矩形框以左上角坐标，矩形长以及矩形宽形式表示大小；步骤2：利用opencv从整幅图像上裁剪出边界框内的图像，得到包含所有集群机器人的小尺寸图像；步骤3：利用opencv识别出边界框内所有aruco二维码上四个顶点的相对于矩形框图像左上角原点的局部坐标；步骤4：将aruco二维码四个顶点的局部坐标变换为相对于完整图像的全局坐标；具体而言，当得到定位二维码四个顶点的局部坐标后，机器人位置的计算方法为：假设边界框的左上角在整幅图像坐标系中的坐标为(x
b
,y
b
)，边界框内某一定位二维码的四个顶点分别为左上角(x
b1
,y
b1
)，右上角(x
b2
,y
b2
)，左下角(x
b3
,y
b3
)，右下角(x
b4
,y
b4
)；二维码四个顶点(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)相对于整幅图像的全局坐标为：)相对于整幅图像的全局坐标为：以二维码的中心坐标作为机器人的位置坐标，机器人的位置坐标(x
r
,y
r
)表示为
当得到定位二维码后坐标后，集群机器人航向θ的计算方法为：假设二维码左侧边延长线与图像坐标系x轴的夹角为β1，右侧边延长线与图像坐标系x轴的夹角为β2，为了减少相机畸变产生的定位误差，集群机器人航向可由两夹角的平均值求得，具体如下所示：3.一种机器人之间的相对距离计算方法，其计算步骤如下：当得到各个机器人的位置坐标后，考虑相机的畸变不均匀的问题，两机器人之间的距离d的计算方法如下：假设两机器人的距离分别是(x
r1
,y
r1
)，(x
r2
,y
r2
)，因此二者之间距离为其中，k为像素距离和物理距离直接的比例关系；在已知正方形二维码实际边长l的条件下，像素距离与物理距离之间的比例关系k可通过如下计算方法得到：假设t时刻二维码四个顶点的全局坐标系为(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，(x4,y4)，各个边的像素边长为取四条边的平均值作为二维码的像素变长l
r
：因此，t时刻的像素距离和物理距离直接的比例关系为为了得到较为准确的像素距离和物理距离直接的比例关系k，考虑t＝n
·
t时间上的平均值，作为k的最终值，k的计算方法可表示为：
4.根据权利要求1所述的一种面向桌面集群机器人的外部定位系统，其特征在于，工业相机与计算机之间采用usb3.0接口连接，射频无线通信模块与计算机之间以rs232串行接口连接。5.根据权利要求1所述的一种面向桌面集群机器人的外部定位系统，其特征在于，必须配合aruco定位二维码使用。6.根据权利要求1所述的一种面向桌面集群机器人的外部定位系统，其特征在于，所述的定位信息包括但不限于位置、航向角、相对距离。

技术总结
本发明公开了一种面向桌面集群机器人的外部定位系统，定位系统硬件上由计算机、工业相机、若干个射频无线通信模块组成。工业相机用于获取实验场地的全部信息，计算机负责解算工业相机所拍摄的图像获得场地内所有集群机器人的位姿信息，射频无线通信模块负责与机器人进行通信。为了与不同的机器人进行通信，射频无线通信模块采用分频复用的方式。工业相机与计算机之间采用USB3.0接口连接，射频无线通信模块与计算机之间以RS232串行接口连接。实验系统工作时，工业相机架设于实验场地的顶部，从顶部俯视实验场地，计算机从工业相机获取一帧图像并对场地内机器人的位置、航向角等信息进行解算。在外部定位系统工作时，系统对实验场地内集群机器人的位置、航向的定位后，将所有机器人的位姿信息通过射频无线通信模块下发给每个机器人。块下发给每个机器人。块下发给每个机器人。


技术研发人员：彭星光 郑志成 周永健 宋保维 潘光 李乐 张福斌 高剑 张立川
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.10.27
技术公布日：2022/2/8