[發明專利]基于多傳感器的智能視覺跟蹤輪式機器人及其控制方法

有效

• 申請號: 201410136228.3
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103885449A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 曲海成;孟煜;劉萬軍
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B19/418
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;胡曉男

1.一種基于多傳感器的智能視覺跟蹤輪式機器人，其特征在于：包括機器人本體和機器人控制臺；

所述機器人本體包括四輪驅動車底盤、攝像頭、車燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動力模塊；所述車燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動力模塊均設置在四輪驅動車底盤上；

所述傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、光線傳感器和測距傳感器；溫度傳感器的輸出端、煙霧傳感器的輸出端、光線傳感器的輸出端分別連接控制模塊的不同模擬信號接口；測距傳感器的輸出端連接控制模塊的數字信號接口；

所述動力模塊包括直流馬達、雙自由度舵機云臺和前輪轉向舵機；雙自由度舵機云臺頂端安裝攝像頭，直流馬達、雙自由度舵機云臺和前輪轉向舵機的信號輸入端連接控制模塊的數字信號接口，前輪轉向舵機連接四輪驅動車底盤的前輪；

所述通信模塊包括機身Wi-Fi適配器和機身ZigBee適配器；機身Wi-Fi適配器和機身ZigBee適配器分別與控制模塊連接，機身Wi-Fi適配器還與攝像頭的輸出端連接；

所述機器人控制臺包括內置有Wi-Fi適配器的控制終端和控制終端ZigBee適配器；所述控制終端ZigBee適配器與控制終端相連，控制終端的Wi-Fi適配器與機身Wi-Fi適配器建立無線通信，控制終端ZigBee適配器與機身ZigBee適配器建立無線通信。

2.根據權利要求1所述的基于多傳感器的智能視覺跟蹤輪式機器人，其特征在于：所述控制模塊與直流馬達之間連接有馬達電子調速器。

3.權利要求1所述的基于多傳感器協同處理的智能視覺跟蹤輪式機器人的控制方法，其特征在于：包括以下步驟，?

步驟1：?攝像頭采集的視頻數據經機身Wi-Fi適配器發送到內置有Wi-Fi適配器的控制終端，視頻數據實時顯示到控制終端的顯示器上；

步驟2：溫度傳感器、煙霧傳感器、光線傳感器和距離傳感器分別實時采集溫度信息、氣體濃度信息、環境亮度信息及目標距離信息；

步驟3：控制終端ZigBee適配器與機身ZigBee適配器進行點對點無線通信，傳送采集到的溫度信息、氣體濃度信息、環境亮度信息及目標距離信息；

步驟4：控制終端根據采集到氣體濃度信息實時判斷環境中的易燃氣體，當檢測到易燃氣體時控制終端在其顯示器上進行報警顯示；根據采集到的實時環境亮度信息判斷是否打開車燈，當環境亮度低于最低設定亮度值時，車燈打開；

步驟5：通過控制終端選定跟蹤目標和視覺跟蹤區域，利用CamShift算法提取當前幀圖像中的目標特征，并記錄目標特征、當前幀圖像的中心在視覺跟蹤區域的位置坐標以及測距傳感器采集的當前跟蹤目標與機器人本體間的距離信息；

步驟6：控制雙自由度舵機云臺向上或向下運動以將跟蹤目標調整至視覺跟蹤區域的中心位置；

步驟7：機器人本體運動過程中對跟蹤目標進行距離跟蹤和視覺跟蹤：控制終端根據距離跟蹤向機器人本體發送前進、后退或停止指令；控制終端根據視覺跟蹤向機器人本體發送左轉、右轉或轉正指令；

機器人本體運動過程中對機器人本體進行距離跟蹤的步驟如下：

1）記錄選定跟蹤目標時刻機器人本體與跟蹤目標的距離D₀，并設定最小移動距離，即跟蹤目標至少最小移動距離S，機器人本體才進行跟蹤；

2）記錄當前時刻機器人本體與跟蹤目標的距離Dn，若Dn＞D₀+S，則控制終端向機器人本體發送前進指令，控制模塊接收該指令并下發至直流馬達控制機器人本體前進，若Dn＜D₀-S，則控制終端向機器人本體發送后退指令，控制模塊接收該指令并下發至直流馬達控制機器人本體后退，否則，停止運動；

機器人本體運動過程中對機器人本體進行視覺跟蹤的步驟如下：

1）利用前一幀圖像的目標特征與攝像頭采集的當前幀圖像進行匹配，確定跟蹤目標在當前幀圖像中的位置，并重新確定視覺跟蹤區域；

2）將視覺跟蹤區域分為左轉、轉正、右轉三個區域，控制終端根據跟蹤目標所處區域及運動狀態發出控制命令；

當跟蹤目標位置處于左轉區域且機器人本體處于前進狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送左轉命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪向左轉向；

當跟蹤目標位置處于左轉區域且機器人本體處于后退狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送右轉命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪向右轉向；

當跟蹤目標位置處于左轉區域且機器人本體處于停止狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送左轉命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪向左轉向；

當跟蹤目標位置處于轉正區域且機器人本體處于前進、后退或停止狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送轉正命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪轉正；

當跟蹤目標位置處于右轉區域且機器人本體處于前進狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送右轉命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪向右轉向；

當跟蹤目標位置處于右轉區域且機器人本體處于后退狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送左轉命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪向左轉向；

當跟蹤目標位置處于右轉區域且機器人本體處于后退狀態時，控制終端通過控制終端ZigBee適配器向機器人本體發送右轉命令，機器人本體的控制模塊接收該命令并下發至前輪轉向舵機控制四輪驅動車底盤上的前輪向右轉向；

步驟8：控制臺是否發出停止對跟蹤目標的視覺跟蹤及距離跟蹤的指令，如果是，結束跟蹤，否則重復執行步驟5至步驟7。