[實(shí)用新型]輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的實(shí)時(shí)檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320035760.7
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN203077301U
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王朝立;付振宇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00;B25J13/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度檢測裝置，具體為基于攝像頭的輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的實(shí)時(shí)檢測裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的實(shí)時(shí)檢測，多是由硬件傳感器完成，如在電機(jī)輪軸上安裝伺服電機(jī)和編碼器以檢測輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，角度乘以輪徑得到轉(zhuǎn)動(dòng)的距離，通過疊加，得到了每一個(gè)輪子的總的行進(jìn)距離，與初始坐標(biāo)比對，就得到了機(jī)器人的位置坐標(biāo)。同樣的，在角度信息獲取的過程中，需要在機(jī)器人內(nèi)部安裝電子羅盤或者GPS導(dǎo)航組件。這些方法雖然可以獲得我們想要的信息，但是存在較大的缺點(diǎn)。

這種方法在應(yīng)用中需要精確的知道機(jī)器人的幾何參數(shù)（如輪徑，軸距），而且在角度測量時(shí)，有時(shí)由于受到信號(hào)屏蔽的干擾和組件精度等影響，測量結(jié)果不是很精確，也不是很穩(wěn)定。但是，這種方法最大的缺點(diǎn)卻是增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，同時(shí)也增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容

???本實(shí)用新型是要提供一種輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的實(shí)時(shí)檢測裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確穩(wěn)定，只需要一個(gè)安裝在天棚上的攝像頭，就能夠獲得所有需要的信息，取代了以往需要硬件傳感器的方法，節(jié)約了成本，提高了精度。

???為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的實(shí)時(shí)檢測裝置，包括輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人、圖形采集卡、攝像頭、上位機(jī)，其特點(diǎn)是：攝像頭固定在天花板上，俯瞰地面，攝像頭通過視頻信號(hào)線與圖像采集卡連接，圖像采集卡的輸出端與上位機(jī)連接，通過上位機(jī)控制輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人左右電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)用新型的有益效果是：

該裝置結(jié)構(gòu)簡單，布置容易，可以在光照強(qiáng)度不均勻的場合很好的工作，有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和魯棒性。這種方法改進(jìn)了以往依靠傳感器判斷機(jī)器人位置與角度的方法，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的安裝示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是輪式機(jī)器人的示意圖；

圖4是算法結(jié)構(gòu)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1，2所示，本實(shí)用新型的輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的實(shí)時(shí)檢測裝置，包括輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人2、圖形采集卡、攝像頭1、上位機(jī)。

攝像頭1固定在天花板上，俯瞰地面，攝像頭1通過視頻信號(hào)線與圖像采集卡連接，圖像采集卡的輸出端與上位機(jī)連接，通過上位機(jī)控制輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人左右電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

一種輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人位置與角度的檢測方法，首先在被檢測的輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人1表面做能夠體現(xiàn)出其方向的顏色標(biāo)記，如與輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人2正向平行的黑色長條，通過攝像頭1實(shí)時(shí)采集圖像，應(yīng)用閾值法進(jìn)行色彩處理或灰度處理，通過辨識(shí)標(biāo)記物，得到輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人2在圖像中的位置信息和角度信息。

在檢測中通過攝像頭實(shí)時(shí)采集得到輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人2上兩個(gè)點(diǎn)，且兩個(gè)點(diǎn)的連線與輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人正向平行，通過比對兩個(gè)點(diǎn)在圖像中的信息，可以得到輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的正方向。

本實(shí)用新型應(yīng)用多種算法。包括CAMShift圖像運(yùn)動(dòng)物體跟蹤算法，自適應(yīng)算法，目標(biāo)提取算法，輪廓檢測算法，角度計(jì)算算法。其中在目標(biāo)提取算法中涵蓋多種情況，如彩色目標(biāo)提取，黑白目標(biāo)提取等，不同類型的標(biāo)記物，所采用的算法也不一樣。在角度計(jì)算算法部分也是一樣，要視具體情況采用不同的算法，這部分算法主要由標(biāo)記物的形狀，擺放方式等決定。

???下面以黑白條形標(biāo)記物為例對內(nèi)部算法進(jìn)行詳細(xì)說明：

如圖3所示，一個(gè)輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的示意圖，采用的是黑色長條狀標(biāo)記物。圖中箭頭方向?yàn)檩喪竭\(yùn)動(dòng)機(jī)器人的正方向；方框代表輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人輪子3；圓形為輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人2；方塊為輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上的標(biāo)記物4；黑圓點(diǎn)為機(jī)器人幾何中心P；白色圓點(diǎn)為標(biāo)記物幾何中心，白色方框?yàn)榘j(luò)標(biāo)記物的最大外接矩形A。

內(nèi)部算法大體上可分七大塊，如圖4所示：

S1、對當(dāng)前幀調(diào)用CAMShift跟蹤算法，得到包絡(luò)輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的最小外接矩形A

S2、以最小外接矩形A為參數(shù)，提取視頻圖像的ROI，并計(jì)算出機(jī)器人幾何中心P

S3、將彩色圖像的ROI轉(zhuǎn)換成灰度圖像

S4、提取圖像中一些特征點(diǎn)的灰度值，得到閾值B

S5、以B為閾值，將灰度圖像二值化，得到二值圖

S6、對二值圖進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，得到輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上標(biāo)識(shí)物的輪廓C

S7、根據(jù)C的特征，計(jì)算得到輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的角度D

S8、用P、D進(jìn)行計(jì)算，得到相關(guān)指令，控制輪式運(yùn)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)