(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210295867.9 (22)申请日 2022.03.24 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 袁夏　王冰涛　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 何宇 (51)Int.Cl. G01S 17/931(2020.01) G01S 17/86(2020.01) G06T 7/80(2017.01) G06K 9/62(2022.01) G06V 10/80(2022.01) (54)发明名称 基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自 动跟随避障方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于AprilTag与激光雷 达的移动机器人自动跟随避障方法。 在通过 AprilTag码定位跟随目标的三维距离的同时进 行激光雷达的辅助定位， 提高对跟随目标定位的 精准度、 可信度和鲁棒性。 在激光雷达实现辅助 定位的同时实现局部避障的功能， 从而降低建图 与定位对机器人计算资源的消耗， 实现结构相对 简单和硬件要求相对较低的移动机器人自动跟 随和避障功能， 解决在机器人在自动跟随过程中 出现的目标遮挡及丢失的问题。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114779275 A 2022.07.22 CN 114779275 A 1.一种基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤1、 构建移动机器人平台， 使激光雷达和相机同在移动机器人的前进方向中轴线 上， 并无横向上的偏移量； 步骤2、 对相机进行标定， 构建相机像素坐标系和世界坐标系的转换矩阵， 即像素值与 真实世界尺度的映射关系； 步骤3、 确定移动机器人真实速度与代码控制速度的比例参数； 步骤4、 在跟随 目标的背后显著处粘贴Apri lTag码； 步骤5、 将单目相机中呈现的Apriltag码中心所占取的像素位置和距离相机中心的像 素距离根据像素坐标系与真实世界坐标系的转换矩阵计算出AprilTag码在移动机器人视 野中心的X方向、 Y方向投影距离和纵向距离Z； 根据纵向距离Z和X方向的偏移距离进 行机器 人自身速度计算， 并测算跟随目标相对于机器人 的移动速度， 根据机器人与跟随目标之间 的真实距离和跟随目标以机器人为参考系的相对速度， 综合得出移动机器人 的最终速度； 同时用激光雷达作为辅助定位方式， 确保精度、 可信度和鲁棒 性的提高； 步骤6、 在移动机器人跟随目标的过程中， 用激光雷达扫描周围环境得到的点云信 息进 行处理， 过滤地面点云信息； 将处理后的点云信息以鸟瞰图的形式作为局部避障的环境信 息， 得出可通行区域， 进行避障动作， 并在到 达安全点后进行搜寻动作； 步骤7、 在跟随过程中出现目标丢失或目标遮挡的情况下， 根据丢失点的目标信 息并记 录转向指标， 估算出固定时间内移动机器人到达丢失点的速度， 并保持速度到固定时间结 束； 此时机器人到达目标丢失点， 根据转向指标进 行车辆转向， 在机器人当前方向与转向指 标所指向的方向区间内寻找丢失的跟随 目标， 以转到转向指标 所指向方向为上限截止 。 2.根据权利要求1所述的基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法， 其特征在于， 步骤1中， 所述移动机器人平 台， 包括机器人底盘、 微型电脑、 锂电池、 相机、 激 光雷达； 所述机器人底盘设置有实现转向功 能的驱动轮组和串口接 收器， 所述锂电池用于 为机器人底盘提供电源， 所述激光雷达和相 机连接于所述微型电脑， 所述微型电脑连接于 所述机器人底盘的串口接收器。 3.根据权利要求1所述的基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法， 其特征在于， 步骤2中， 对相机参数进行标定， 根据Apriltag码在像素坐标系的像素位置和 大小对应 计算出真实世界坐标尺度中Apri lTag码的实际大小和位置， 对应关系如下 所示： 式中， (u0， v0)为相机光心， 即光学系统中心在 像素坐标系下的坐标值， f为相机的焦距， (xw， yw， zw)为物体质点； 在真实世界的坐标值， R为相机坐标系到真实坐标系的旋转矩阵， T 为相机坐标系到真实世界坐标系的平移矩阵， (ui， vj)为物体在像素坐标系下的坐标值， Zck 为真实世界坐标系下物体质点到 机器人中心的物理距离 。 4.根据权利要求1所述的基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114779275 A 2其特征在于， 步骤5中， 确定跟随目标位置时， 将相机AprilTag码定位的技术方案得出的跟 随目标的三维距离， 通过ROS系统将Apr ilTag识别定位模块打包为ROS功能包， 并利用ROS中 的订阅发布机制， 以话题的形式将机器人和跟随目标的角度发送给激光雷达的数据处理模 块， 由激光雷达通过对应角度的点云数据进行定位并加以确认。 5.根据权利要求1所述的基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法， 其特征在于， 步骤6中， 在激光雷达进 行点云处理 时， 如果是多线 雷达产生的点云数据， 通过 点云数据 处理模块进行合并简化， 即鸟瞰的视角将多线雷达的点云数据合并， 同一激光射 线方向过滤掉较远处的点云数据， 保留近处的点云数据， 并以过滤后的鸟瞰形式点云作为 局部避障的根据。 6.根据权利要求1所述的基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法， 其特征在于， 步骤6中， 在避障完成到达安全点后， 若暂时未检测到跟随目标， 机器人根据避 障过程中最后检测到跟随 目标的姿态进行 预测性转向搜寻。 7.根据权利要求1所述的基于AprilTag与激光雷达的移动机器人自动跟随避障方法， 其特征在于， 步骤7中， 丢失跟随目标时， 机器人通过程序计算， 以预设时间到达目标丢失 点， 并根据目标丢失时的姿态进行 预测性转向搜寻。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114779275 A 3