[發明專利]多移動機器人的智能空間系統及導航信息獲取方法

有效

• 申請號: 201210384363.0
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102914303A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 袁明新;申燚;王琪;劉萍;程帥
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種多移動機器人的智能空間系統，其特征在于：由分布式視覺系統和基于Zigbee技術的無線傳感器網絡系統組成；分布式視覺系統由多個CCD攝像機（3）通過萬向支架（2）分布且垂直地安裝在室內頂棚（1）上構成，多個CCD攝像機（3）再通過視頻線與插在室內監控主機（6）的PCI插槽內的多路圖像采集卡（5）相連；基于Zigbee的無線傳感器網絡系統包括：參考節點（4）、盲節點（8）和Zigbee網關（9），參考節點（4）掛靠在室內四周墻壁上，盲節點（8）安裝在移動機器人（7）身上，且每個移動機器人都需安裝一個盲節點（8），Zigbee網關（9）通過RS232串口與監控主機（6）連接；多移動機器人（7）將自身的狀態信息發送給監控主機（6），并接收來自監控主機（6）的控制信息；多移動機器人（7）之間進行狀態信息的無線交互。

2.根據權利要求1所述的多移動機器人的智能空間系統，其特征在于：所述參考節點（4）為采用帶有路由功能型號為CC2430的芯片。

3.根據權利要求1所述的多移動機器人的智能空間系統，其特征在于：所述盲節點（8）為采用帶有硬件定位引擎型號為CC2431的芯片。

4.一種如權利要求1所述多移動機器人的智能空間系統的導航信息獲取方法，其特征在于：包括環境信息獲取方法和機器人定位方法，其中環境信息獲取方法如下：

所述機器人定位方法先進行室內環境的圖像拼接；然后進行地圖信息獲取；

圖像拼接采用如下步驟：

(1)利用分布式CCD攝像機（3）采集室內不同區域的圖像；

(2)進行圖像預處理：采用5×5的結構元素對步驟（1）采集的圖像進行中值濾波的平滑處理，去除圖像中可能存在的噪聲點得到待拼接圖像；

(3)利用最大梯度相似曲線法確定待拼接圖像各重疊區域；

(4)利用Ha?rris角點檢測算法在各重疊區域中提取角點；

(5)利用奇異值分解算法和歐式距離法進行各重疊區域的角點匹配；

(6)找出各重疊區域最相似的三對角點，建立各重疊區域的仿射變換模型；

(7)完成整個室內環境的圖像拼接；

環境地圖信息獲取采用如下步驟：

1)基于YUV色彩模型，將上述彩色室內拼接圖像轉換為灰度拼接圖；

2)根據大津閾值法求灰度拼接圖的最佳閾值，然后根據閾值法對灰度拼接圖像進行二值化處理；

3)選擇一個3×3的結構元素，對二值圖像進行形態學的開運算，再選擇一個5×5的結構元素，對其結果進行閉運算；

4)完成室內可行區域和非可行區域的分割，實現移動機器人（7）的環境地圖信息獲取；

所述機器人定位方法，采用視覺定位，所述內容包括機器人的位置坐標和航向角；

機器人位置坐標定位采用如下步驟：

a)利用CCD攝像機（3）采集含有移動機器人（7）的彩色圖像；

b)基于彩色像素矢量的歐氏距離，結合背景圖像，對步驟a)中獲得的彩色圖像進行閾值分割，從而獲得差分二值圖像；

c)運用開運算對二值圖像進行消噪處理,從而獲得比較精確的移動機器人（7）運動目標；

d)對含有移動機器人（7）的二值圖像進行逐行掃描，根據掃描當前行的線段是否與前一行線段是否相鄰，來判斷是合成連通區域，還是初始化新的連通區域；

e)根據各連通區域的像素坐標，從而獲得各移動機器人（7）的位置坐標；

機器人航向角定位采用如下步驟：

多移動機器人的智能空間系統的機器人定位方法，采用視覺定位，具體步驟如下：

A)利用CCD攝像機（3）采集貼有方向和標識的T型顏色塊的移動機器人（7）的彩色圖像；

B)將機器人（7）彩色圖像從RGB顏色空間轉換到HIS顏色空間；

C)根據預設定的H和S閾值，對移動機器人（7）的T型顏色塊進行圖像分割；

D)運用開運算和閉運算對分割后圖像進行平滑處理；

E)對T型的標識圖像進行線性擬合，獲得標識顏色塊的斜率，并換算到角度，最后再根據方向顏色塊進行移動機器人（7）的最終航向角確定。

5.根據權利要求4所述的多移動機器人的智能空間系統的導航信息獲取方法，其特征在于：當視覺定位遇到視覺盲區時，采用Zigbee和航位推算DR組合定位，具體步驟如下：

(a)基于Zigbee無線傳感器網絡系統，在RSSI基礎上，利用極大似然法獲得移動機器人（7）的無線定位坐標；

(b)利用距離傳感器（11）和航向傳感器（12）組成的航位推算DR傳感器，獲得DR定位坐標；

(c)分別進行無線定位坐標和DR定位坐標的異常點剔除；

(d)將異常點剔除后的無線定位坐標送入Zigbee子濾波器進行數字濾波處理，輸出狀態估計和狀態預測協方差

(e)將異常點剔除后的DR定位坐標送入DR子濾波器進行數字濾波處理，輸出狀態估計和狀態預測協方差

(f)將和送入主濾波器中進行信息融合，得到系統組合定位的全局最優估計X_g(k)和P_g(k)，即獲得組合定位坐標；同時根據“信息分配”原則將它們反饋到Zigbee和DR子濾波器對X_Zb(k-1)，P_Zb(k-1)，X_DR(k-1)和P_DR(k-1)進行重置。