[實用新型]一種基于視覺的移動機器人導航系統

有效

• 申請號: 201720492391.2
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN206832260U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 文生平;陳志鴻
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G05D1/02;G06T5/00;G06T7/136
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡克永

技術領域

本實用新型涉及機器人導航領域，尤其涉及一種基于視覺的移動機器人導航系統。

背景技術

移動機器人能有效改善生產車間內的物流過程、降低企業勞動成本并提高生產效率，在汽車、食品、印刷、物料運輸等多個行業有著廣泛的應用需求。

移動機器人一項關鍵技術是導航技術，移動機器人導航已經有多種方式，例如慣性導航、磁帶導航、激光導航和視覺導航等。不同導航方式的移動機器人具有各自的特點，并決定了所構成物流系統的柔性程度及成本費用。慣性導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；磁帶導航需要預先鋪設磁帶，維護與改造的成本較高；激光導航需要額外安裝反光板，且激光傳感器造價昂貴，維護成本較高。所以視覺導航移動機器人具有較高的實用價值和廣闊的應用前景。

由于移動機器人所在的環境通常比較復雜，而且由于其自身的動態特性是需要實時地對運動過程所產生的圖像進行處理，如果要建立精確的環境地圖，處理的數據量巨大，對硬件的要求很高，成本高，實現起來有難度。現有的基于二維碼及導航帶的視覺導航方法雖然簡單、快速，但是由于移動機器人實際應用場景中二維碼容易被灰塵或污漬影響從而導致識別成功率下降，其有效性有待提高。

發明內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種簡單可靠、實時性好、可控性佳的基于視覺的移動機器人導航系統。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種基于視覺的移動機器人導航系統，包括如下部件：

視覺傳感器；

圖像處理器；

運動控制模塊；

移動機器人車體；

所述視覺傳感器、圖像處理器與運動控制模塊均由移動機器人車體搭載；由視覺傳感器負責實時采集場景圖像，圖像處理器對采集到的圖像進行處理分析，再由運動控制模塊根據分析結果發出指令控制機器人的運行。

所述視覺傳感器采用USB相機，并居中安裝在移動機器人車體的前端。

所述USB相機還設有一個與其配套的LED光源。

所述圖像處理器選用ARM Cortex-a9。

基于視覺的移動機器人導航系統的導航方法，包含以下步驟：

步驟一：視覺傳感器采集在行進中的移動機器人車體前方地面的環境圖像；

環境圖像的場景中在淺色地面上預設有深色的帶條作為車道線，在帶條的預定位置設置有多個標識符；標識符外部均有一個黑色(或者深色)圓環；標識符包含移動機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行透視變換，使圖像轉變為視覺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行降噪處理并轉換為灰度圖像；

再將圖像進行閾值化處理得到二值圖像并進行圖像分割處理，得到一個僅包含標識符的ROI圖像和一個僅包含車道線的ROI圖像。

再將所獲得的僅含車道線的ROI圖像，在圖像上指定兩個不連續的處理區域，遍歷設定像素行的所有像素，易求出兩個處理區域內預定像素行上車道線的中點，連接兩點得到與車道線近似的軌跡線，并對軌跡線進行跟蹤從而實現導航；

所獲得的僅含標識符的ROI圖像，通過識別圖像中的預定標識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，并根據實際場景調整攝像頭配套光源的亮度；

步驟b：根據當前調整的光源亮度，調整視覺傳感器的參數使其能采集到清晰的道路圖像；

步驟c：實時采集連續清晰的環境圖像，并將采集到的圖像傳到圖像處理器進行下一步的圖像處理。

本實用新型相對于現有技術，具有如下的優點及效果：

本實用新型由視覺傳感器負責采集場景圖像，圖像處理器對圖像進行處理分析，再由運動控制模塊發出指令控制機器人的運行。在移動機器人工作環境內預設車道線，并在特定位置設置標識符；移動機器人采集所在環境下的場景圖像，并通過透視變換得到與地面呈正投影的圖像；所得圖像經灰度化和閾值化成二值圖像，再進行分割得到僅含標識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，再識別出標識符，獲得位置與加速度信息，實現導航功能。本實用新型可以顯著地簡化移動機器人的控制和跟蹤過程，實現了移動機器人的精確導航。

附圖說明

圖1是基于視覺的移動機器人導航系統的導航方法流程示意圖。