[發(fā)明專利]多移動機器人系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺及其視覺分割和定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410152510.0
• 申請日: 2014-04-16
• 公開（公告）號: CN103970134B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 袁明新;趙榮;江亞峰;夏善躍;華曉彬;申燚
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 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系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺，其特征在于：由全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)和多個機構相同的移動機器人（12）組成；其中全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)包括門形支撐、CCD攝像機（8）、圖像采集卡（9）和監(jiān)控主機（10）組成；CCD攝像機（8）安裝于門形支撐上并與移動機器人（12）對應設置，CCD攝像機（8）通過視頻線與安裝在監(jiān)控主機（10）PCI插槽內的圖像采集卡（9）相連。

2.根據(jù)權利要求1所述的多移動機器人系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺，其特征在于所述全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)的門形支撐包括底座（1）、豎直下支撐管（2）、兩通緊固件（3）、豎直上支撐管（4）、L型連接件（5）、橫支撐管（6）和攝像機支架（7）；底座（1）由底板（13）通過螺釘（14）與T型支撐管（15）相連構成，豎直下支撐管（2）的一端插在T型支撐管（15）里；兩通緊固件（3）由上螺帽（18）、兩端中空螺紋管（17）和下螺帽（16）組成，豎直上支撐管（4）的一端依次通過上螺帽（18）、兩端中空螺紋管（17）和下螺帽（16）插在豎直下支撐管（2）的另一端里面；橫支撐管（6）通過L型連接件（5）與豎直上支撐管（4）固定；攝像機支架（7）設置于橫支撐管（6）上。

3.根據(jù)權利要求2所述的多移動機器人系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺，其特征在于所述的攝像機支架（7）由馬鞍卡（19）、螺栓（25）、托盤（21）和T型萬向支架（22）組成；CCD攝像機（8）通過緊固螺釘（23）與T型萬向支架（22）相連，T型萬向支架的底盤（24）通過螺栓（25）與托盤（21）相連，托盤（21）再通過螺栓（20）與跨在橫支撐管（6）上的馬鞍卡（19）相連；通過馬鞍卡（19）實現(xiàn)CCD攝像機（8）繞著橫支撐管（6）旋轉。

4.根據(jù)權利要求1所述的多移動機器人系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺，其特征在于所述的移動機器人（12）由三層組成，由上至下依次為：色標板（26）、控制層（27）和底層（28）；色標板（26）由基板（29）、主色標（31）和三個輔色標（30）組成，基板（29）的顏色為固定黑色；位于基板（29）中心的主色標（31）的顏色是固定藍色；三個輔色標（30）的顏色為黃色和紅色，不同移動機器人用三個輔色標（30）的不同顏色組合來區(qū)分；

所述的控制層（27）以控制電路板（34）為基礎，在控制電路板（34）上通過單排座連有五個超聲波測距傳感器（33）和無線接收模塊（32），五個超聲波測距傳感器（33）以夾角30°均衡布置在機器人前方；

所述的底層（28）以機器人底板（35）為基礎并通過左碼盤輪（37）、右碼盤輪（38）和萬向輪（36）支撐；所述左碼盤輪（37）和右碼盤輪（38）對稱設置并且結構相同，其中左碼盤輪（37）與左輪直流電機（39）相連，左輪直流電機（39）通過電機卡帽（40）、左輪碼盤測速模塊（43）和螺栓（41）固定在機器人底板（35）上，左碼盤輪（37）和左輪碼盤測速模塊（43）配合進行測速；右碼盤輪（38）與右輪直流電機（42）相連，并與右輪碼盤測速模塊（44）配合測速；機器人底板（35）上以夾角45°布置三個紅外測距傳感器（45）。

5.一種如權利1所述的多移動機器人系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺的環(huán)境視覺分割方法，其特征在于采用如下步驟：

(1)利用CCD攝像機（8）獲取無任何物體的初始時刻背景圖像I_b(0)；

(2)采集t時刻圖像I(t)，計算該幀圖像的差分圖像I_d(t)：I_d(t)=I(t)–I_b(0)；

(3)對差分圖像I_d(t)進行閾值分割，得到含障礙物信息的二值分割圖像；

(4)對二值分割圖像進行閉運算處理，消除障礙物區(qū)域的孔洞，以及平滑障礙物的邊界；

(5)對閉運算后圖像進行均值濾波，去除圖像噪聲，獲得精確障礙物區(qū)域，實現(xiàn)t時刻的障礙物分割，即環(huán)境分割；

(6)根據(jù)環(huán)境分割從圖像I(t)中剔除精確障礙物區(qū)域，得到t時刻的背景圖像Ib(t)；

(7)根據(jù)t時刻的背景圖像I_b(t)與初始背景圖像I_b(0)，通過光流法估算背景運動速度場，對背景圖像I_b(0)進行補償校正和更新；

(8)返回到步驟(2)。

6.一種如權利1所述的多移動機器人系統(tǒng)協(xié)作實驗平臺的機器人視覺定位方法，其特征在于采用如下步驟：

1)利用CCD攝像機（8）獲取移動機器人（12）運動空間的RGB彩色圖像；

2)將RGB彩色圖像轉換到YUV空間，獲取像素的色度信息——U,V分量；

3)基于U分量對色標板（26）中主色標（31）和黃色的輔色標（30）進行閾值分割；

4)基于V分量對色標板（26）中紅色的輔色標（30）進行閾值分割；

5)搜索分割后三色色標的連通域，獲得各色標的中心坐標；

6)根據(jù)各色標的中心坐標即可得到色標板（26）的坐標和方向角，進而實現(xiàn)移動機器人（12）的視覺定位。