[實(shí)用新型]一種基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201720492391.2 | 申請日: | 2017-05-05 |
| 公開(公告)號(hào): | CN206832260U | 公開(公告)日: | 2018-01-02 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 文生平;陳志鴻 | 申請(專利權(quán))人: | 華南理工大學(xué) |
| 主分類號(hào): | G01C21/20 | 分類號(hào): | G01C21/20;G05D1/02;G06T5/00;G06T7/136 |
| 代理公司: | 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245 | 代理人: | 蔡克永 |
| 地址: | 510640 廣*** | 國省代碼: | 廣東;44 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 基于 視覺 移動(dòng) 機(jī)器人 導(dǎo)航系統(tǒng) | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域,尤其涉及一種基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)
移動(dòng)機(jī)器人能有效改善生產(chǎn)車間內(nèi)的物流過程、降低企業(yè)勞動(dòng)成本并提高生產(chǎn)效率,在汽車、食品、印刷、物料運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用需求。
移動(dòng)機(jī)器人一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是導(dǎo)航技術(shù),移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航已經(jīng)有多種方式,例如慣性導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、激光導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航等。不同導(dǎo)航方式的移動(dòng)機(jī)器人具有各自的特點(diǎn),并決定了所構(gòu)成物流系統(tǒng)的柔性程度及成本費(fèi)用。慣性導(dǎo)航利用陀螺儀與光電編碼器,其容易受干擾影響,控制性能相對較差;磁帶導(dǎo)航需要預(yù)先鋪設(shè)磁帶,維護(hù)與改造的成本較高;激光導(dǎo)航需要額外安裝反光板,且激光傳感器造價(jià)昂貴,維護(hù)成本較高。所以視覺導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人具有較高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
由于移動(dòng)機(jī)器人所在的環(huán)境通常比較復(fù)雜,而且由于其自身的動(dòng)態(tài)特性是需要實(shí)時(shí)地對運(yùn)動(dòng)過程所產(chǎn)生的圖像進(jìn)行處理,如果要建立精確的環(huán)境地圖,處理的數(shù)據(jù)量巨大,對硬件的要求很高,成本高,實(shí)現(xiàn)起來有難度。現(xiàn)有的基于二維碼及導(dǎo)航帶的視覺導(dǎo)航方法雖然簡單、快速,但是由于移動(dòng)機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用場景中二維碼容易被灰塵或污漬影響從而導(dǎo)致識(shí)別成功率下降,其有效性有待提高。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足,提供一種簡單可靠、實(shí)時(shí)性好、可控性佳的基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。
本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng),包括如下部件:
視覺傳感器;
圖像處理器;
運(yùn)動(dòng)控制模塊;
移動(dòng)機(jī)器人車體;
所述視覺傳感器、圖像處理器與運(yùn)動(dòng)控制模塊均由移動(dòng)機(jī)器人車體搭載;由視覺傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集場景圖像,圖像處理器對采集到的圖像進(jìn)行處理分析,再由運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出指令控制機(jī)器人的運(yùn)行。
所述視覺傳感器采用USB相機(jī),并居中安裝在移動(dòng)機(jī)器人車體的前端。
所述USB相機(jī)還設(shè)有一個(gè)與其配套的LED光源。
所述圖像處理器選用ARM Cortex-a9。
基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航方法,包含以下步驟:
步驟一:視覺傳感器采集在行進(jìn)中的移動(dòng)機(jī)器人車體前方地面的環(huán)境圖像;
環(huán)境圖像的場景中在淺色地面上預(yù)設(shè)有深色的帶條作為車道線,在帶條的預(yù)定位置設(shè)置有多個(gè)標(biāo)識(shí)符;標(biāo)識(shí)符外部均有一個(gè)黑色(或者深色)圓環(huán);標(biāo)識(shí)符包含移動(dòng)機(jī)器人車體的位置信息和速度變化信息;
步驟二:由圖像處理器將步驟一中所獲得的圖像進(jìn)行透視變換,使圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X傳感器的攝像頭與地面呈正投影的圖像;
步驟三:將步驟二中所獲得的圖像進(jìn)行降噪處理并轉(zhuǎn)換為灰度圖像;
再將圖像進(jìn)行閾值化處理得到二值圖像并進(jìn)行圖像分割處理,得到一個(gè)僅包含標(biāo)識(shí)符的ROI圖像和一個(gè)僅包含車道線的ROI圖像。
再將所獲得的僅含車道線的ROI圖像,在圖像上指定兩個(gè)不連續(xù)的處理區(qū)域,遍歷設(shè)定像素行的所有像素,易求出兩個(gè)處理區(qū)域內(nèi)預(yù)定像素行上車道線的中點(diǎn),連接兩點(diǎn)得到與車道線近似的軌跡線,并對軌跡線進(jìn)行跟蹤從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航;
所獲得的僅含標(biāo)識(shí)符的ROI圖像,通過識(shí)別圖像中的預(yù)定標(biāo)識(shí)符得到位置信息與加速度變化信息。
所述步驟一還包括如下步驟:
步驟a:先確定視覺傳感器的攝像頭擺放位置與姿態(tài),并根據(jù)實(shí)際場景調(diào)整攝像頭配套光源的亮度;
步驟b:根據(jù)當(dāng)前調(diào)整的光源亮度,調(diào)整視覺傳感器的參數(shù)使其能采集到清晰的道路圖像;
步驟c:實(shí)時(shí)采集連續(xù)清晰的環(huán)境圖像,并將采集到的圖像傳到圖像處理器進(jìn)行下一步的圖像處理。
本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù),具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
本實(shí)用新型由視覺傳感器負(fù)責(zé)采集場景圖像,圖像處理器對圖像進(jìn)行處理分析,再由運(yùn)動(dòng)控制模塊發(fā)出指令控制機(jī)器人的運(yùn)行。在移動(dòng)機(jī)器人工作環(huán)境內(nèi)預(yù)設(shè)車道線,并在特定位置設(shè)置標(biāo)識(shí)符;移動(dòng)機(jī)器人采集所在環(huán)境下的場景圖像,并通過透視變換得到與地面呈正投影的圖像;所得圖像經(jīng)灰度化和閾值化成二值圖像,再進(jìn)行分割得到僅含標(biāo)識(shí)符的圖像與僅含車道線的圖像;在僅含車道線的圖像上找出近似的車道軌跡線并跟蹤,再識(shí)別出標(biāo)識(shí)符,獲得位置與加速度信息,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。本實(shí)用新型可以顯著地簡化移動(dòng)機(jī)器人的控制和跟蹤過程,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的精確導(dǎo)航。
附圖說明
圖1是基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航方法流程示意圖。
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