[發(fā)明專利]服務(wù)機器人廣角式雙目視覺識別與定位裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110308977.6
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN103048995A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉曉東;趙江海;駱敏舟;梅濤;鮑敏;宋小波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 朱小杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器視覺與機電一體化領(lǐng)域，特別是涉及一種服務(wù)機器人廣角式雙目視覺識別與定位裝置。

背景技術(shù)

服務(wù)型機器人泛指應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，能對外界環(huán)境進行感知，能與人類進行交互，能判斷、理解人們下達的命令，并協(xié)助人們完成任務(wù)的機器人裝備。從傳統(tǒng)的工業(yè)結(jié)構(gòu)化環(huán)境到人類日常生活中的各種復雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境，從嚴格地按照指令執(zhí)行特定任務(wù)到通過與人交互來為人服務(wù)，從只對特定生產(chǎn)設(shè)備或元器件進行檢測到通過視覺、聽覺等多模態(tài)感知接口來了解未知世界。

我國是人口大國，隨著人民健康水平的日益提高和計劃生育政策的長期實施，我國正快速步入老齡化社會，未來的護理人員奇缺，迫切需要服務(wù)機器人進入家庭，為人們提供各種服務(wù)。服務(wù)機器人不僅是一個國家高科技綜合水平的重要標志，而且未來會在家庭服務(wù)中扮演著重要的角色。

機器視覺是服務(wù)機器人獲取外界環(huán)境信息的主要途徑，也是研究服務(wù)機器人需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。典型的服務(wù)機器人視覺系統(tǒng)應(yīng)用包括室內(nèi)機器人自主定位導航、基于視覺信息的目標物體的抓取與識別、基于視覺信息的人臉識別、基于視覺信息的障礙物檢測與運動估計、服務(wù)機器人視覺伺服等。機器視覺涉及了圖像采集、圖像處理、模式識別、特征匹配、三維重建和視覺跟蹤等領(lǐng)域。既要做到圖像的準確采集還要做到對外界變化反應(yīng)的實時性，同時還需要對外界運動的目標實時跟蹤。所有這些要求都給服務(wù)型機器人的研究和開發(fā)帶來了挑戰(zhàn)。

目前，服務(wù)機器人在復雜環(huán)境下作業(yè)時，尚存在雙目識別與定位的視角范圍小、動態(tài)實時性差、跟蹤連續(xù)性低等問題，影響其服務(wù)能力。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前服務(wù)機器人視角范圍小、動態(tài)實時性差、跟蹤連續(xù)性低等問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有廣角式雙目視覺識別與定位的機器人裝置。

本發(fā)明服務(wù)機器人廣角式雙目視覺識別與定位裝置，主要用于對外界環(huán)境中目標物體的寬范圍識別與定位，通過該裝置，可寬范圍地測量場景的三維信息，并利用三維測量的場景信息識別目標、識別路徑、判斷障礙物等，輔助機器人實現(xiàn)寬范圍的路徑規(guī)劃、自主導航等功能。

所述的雙目視覺三維測量是基于視差原理，通過計算某一空間點左右兩個攝像機圖像中相應(yīng)點的圖像坐標來求取視差，利用攝像機標定獲得內(nèi)外標定參數(shù)，從而計算出該空間點的三維坐標。

本發(fā)明的技術(shù)方案主要包含機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，具體方案如下：

一種服務(wù)機器人廣角式雙目視覺識別與定位裝置，具有機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述機械結(jié)構(gòu)包括框架組件與安裝在框架組件上的攝像機和伺服組件，上述框架組件包括攝像機安裝板、用來支撐攝像機安裝板的兩個側(cè)支板、位于兩個側(cè)支板下方的頭部底座和位于頭部底座下方的頭部水平伺服電機安裝板，上述頭部底座與側(cè)支板轉(zhuǎn)動連接，上述伺服組件包括安裝在攝像機安裝板上的兩個眼部轉(zhuǎn)動伺服電機、安裝在頭部底座上的頭部垂直伺服電機和安裝在頭部水平伺服電機安裝板上的頭部水平伺服電機；所述控制系統(tǒng)包括MCU主控制器、電源電路、頭部水平/垂直伺服驅(qū)動器和左/右眼轉(zhuǎn)動伺服驅(qū)動器，上述MCU主控制器與上述頭部水平/垂直伺服驅(qū)動器和左/右眼轉(zhuǎn)動伺服驅(qū)動器之間通過CAN總線通訊方式連接。

所述機械結(jié)構(gòu)的攝像機通過攝像機底座轉(zhuǎn)動連接在攝像機安裝板上。

所述框架組件的側(cè)支板之間設(shè)有用于加固的橫支板。

所述頭部垂直伺服電機通過支撐座與頭部底座轉(zhuǎn)動連接，上述頭部底座與頭部水平伺服電機安裝板通過聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動連接。

本發(fā)明的有益效果在于機器人廣角式雙目視覺識別與定位裝置具有頭部雙向(水平和垂直)與眼部轉(zhuǎn)動功能，解決了目前服務(wù)機器人在復雜環(huán)境下作業(yè)時，由于雙目視角范圍受限所出現(xiàn)的目標識別與定位有效范圍小、跟蹤連續(xù)性低、動態(tài)實時性差等問題，有效提高了其服務(wù)能力；本發(fā)明控制系統(tǒng)采用CAN總線通訊方式對4臺伺服驅(qū)動器和伺服電機實現(xiàn)實時調(diào)控，圖像識別及對于運動目標的跟蹤反饋及時，提高機器人操控性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明機械結(jié)構(gòu)部分示意圖。

圖中標號1攝像機安裝板、2攝像機底座、3側(cè)支板、4頭部底座、5伺服電機安裝板、6頭部水平伺服電機(含減速器和編碼器)、7聯(lián)軸器、8支撐座、9頭部垂直伺服電機(含減速器和編碼器)、10橫支板、11眼部轉(zhuǎn)動伺服電機(含減速器和編碼器)、12攝像機

圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)原理框圖。