[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

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。