[發(fā)明專利]基于視覺的組合導(dǎo)航機(jī)器人及導(dǎo)航方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210191698.0
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102789233A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏煥兵;楊玉枝;王勇剛;姚曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北三江航天紅峰控制有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/00
• 代理公司: 北京市德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人自主導(dǎo)航的移動技術(shù)。?

背景技術(shù)

移動機(jī)器人自主導(dǎo)航有多種導(dǎo)航方式，主要有里程計(jì)、視覺導(dǎo)航、陀螺儀或者捷聯(lián)慣導(dǎo)、超聲波傳感器導(dǎo)航、激光測距雷達(dá)導(dǎo)航等，雖然每種傳感器都有導(dǎo)航的功能，但是單一傳感器的導(dǎo)航總存在一些不足，如里程計(jì)和陀螺儀導(dǎo)航方式存在累積誤差問題，視覺導(dǎo)航存在光線干擾導(dǎo)致可靠性降低等問題。激光測距雷達(dá)和超聲波傳感器雖然也能夠?qū)Ш?，但是需要較多的參照物。?

針對以上問題，本發(fā)明采用了以視覺導(dǎo)航為主，同時(shí)融合光電編碼器、超聲波、陀螺儀等傳感器的組合導(dǎo)航方式。采用1只彩色數(shù)碼攝像機(jī)、4個光電編碼器、16個超聲波、1只陀螺儀作為傳感器，通過彩色數(shù)碼攝像機(jī)拍攝的圖像、光電編碼器輸出的脈沖增量、超聲波測距數(shù)據(jù)和陀螺儀輸出的數(shù)據(jù)，處理后以組合導(dǎo)航的方式指引機(jī)器人在已知環(huán)境下運(yùn)動，達(dá)到各導(dǎo)航方式優(yōu)勢互補(bǔ)，提高機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力的目的。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自主導(dǎo)航的移動機(jī)器人及其導(dǎo)航方法，該機(jī)器人具備人工遙控和自主導(dǎo)航功能，實(shí)現(xiàn)在已知環(huán)境中自主運(yùn)動，可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、運(yùn)輸、報(bào)警等功能。?

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種自主導(dǎo)航的移動機(jī)器人，包括：四輪驅(qū)動小車，所述小車車體上安裝彩色數(shù)碼攝像機(jī)；車體的前端和后端各安裝若干個超聲波傳感器，用于檢測機(jī)器人周圍障礙物距離信息；車體內(nèi)部安裝陀螺儀，用來檢測機(jī)器人姿態(tài)信息；四個光電編碼器分別安裝在四套伺服驅(qū)動電機(jī)上，作為里程計(jì)使用；電機(jī)控制器；機(jī)器人車體控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，用于保證圖像處理和控制的實(shí)時(shí)性。?

進(jìn)一步的，本發(fā)明的自主導(dǎo)航的移動機(jī)器人還包括機(jī)器人通訊系統(tǒng)，用于以無線通信方式與遠(yuǎn)程操作臺通訊。能夠在遠(yuǎn)程操作臺的遙控下，按照遙控指令行走。?

本發(fā)明同時(shí)提出了該基于視覺的組合導(dǎo)航機(jī)器人的導(dǎo)航方法，其特征在于，包括以下步驟：?

在所述機(jī)器人車體控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置路徑參數(shù)，所述路徑參數(shù)包括機(jī)器人距離車道線距離、距離道路邊緣的距離，機(jī)器人距離轉(zhuǎn)彎標(biāo)識的距離；?

機(jī)器人通過攝像機(jī)采集圖像信息，尋找車道線，如果識別到車道線，則沿車道線行走；如果找不到車道線，則尋找道路邊緣的植被分界線，如果識別到道路邊緣的植被分界線，則沿著該道路邊緣行走；如果識別到轉(zhuǎn)彎標(biāo)識，則進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。?

所述機(jī)器人直線行駛時(shí)，通過攝像機(jī)檢測出的車道線實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前小車和車道線之間的第一橫向位移和第一行駛角度偏差；?

實(shí)時(shí)用光電編碼器和陀螺儀的計(jì)算當(dāng)前小車和車道線之間的第二橫向位移和第二行駛角度偏差；所述橫向位移即為機(jī)器人中心與車道線或道路邊緣的垂直距離，行駛角度偏差即為機(jī)器人當(dāng)前行駛方向和欲行駛的規(guī)劃路線之間的夾角；?

將每次獲取的根據(jù)視覺計(jì)算出的小車和車道線之間的橫向位移以及行駛角度偏差數(shù)據(jù)與用光電編碼器和陀螺儀的計(jì)算當(dāng)前小車和車道線之間的橫向位移以及行駛角度偏差數(shù)據(jù)相比較；?

如果第一橫向位移與第二橫向位移的偏差大于第一位移偏差設(shè)定值，或者第一橫向位移與第二橫向位移的偏差大于第二位移偏差設(shè)定值并且第一行駛角度偏差與第二行駛角度偏差大于角度偏差設(shè)定值，則小車的直線行走采用光電編碼器和陀螺儀計(jì)算的數(shù)據(jù)糾偏，否則采用根據(jù)視覺計(jì)算出的數(shù)據(jù)導(dǎo)航。?

所述機(jī)器人通過視覺檢測人工設(shè)置標(biāo)識得到機(jī)器人轉(zhuǎn)彎信號，為防止機(jī)器人在未檢測到標(biāo)識的情況時(shí)會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，所以同時(shí)將光電編碼器獲取的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，在光電編碼器數(shù)據(jù)超出設(shè)置數(shù)據(jù)時(shí)則認(rèn)為機(jī)器人未檢測到標(biāo)識，機(jī)器人則按照光電編碼器設(shè)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)彎，機(jī)器人轉(zhuǎn)彎采用差動轉(zhuǎn)向方法，差動轉(zhuǎn)向過程中機(jī)器人會因?yàn)檐囕喕瑒訉?dǎo)致轉(zhuǎn)角存在一定偏差，為減少偏差，使用陀螺儀檢測轉(zhuǎn)角，對轉(zhuǎn)角進(jìn)行補(bǔ)償，最大程度減少誤差。?

在機(jī)器人直行或轉(zhuǎn)彎時(shí)，所述超聲波傳感器實(shí)時(shí)采集障礙物信息，遇到障礙物則停車報(bào)警，保證機(jī)器人以及周圍環(huán)境中的物品安全。?