[發明專利]一種全地形機器人視覺導航控制方法

有效

• 申請號: 202011542676.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112720408B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 巢淵;劉文匯;馬成霞;唐寒冰
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/16;B25J19/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 顧翰林

1.一種全地形機器人視覺導航控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)圖像采集模塊采集圖像：

獲取機器人視野范圍內的圖像，采用分辨率為640×480的CMOS攝像頭采集圖像，幀數范圍為5fps至30fps；

(2)通信模塊連接上位機與下位機：

采用路由器實現上位機與主控板之間的無線通信，將上位機識別的圖像信號實時傳送到下位機并進行模塊調用；

(3)上位機對視頻流中的圖像進行逐幀處理，對傳統霍夫直線檢測進行改進，提出適用于全地形機器人的快速軌跡識別算法，具體步驟如下：

(3.1)對圖像預處理，進行旋轉、灰度化和高斯濾波；

(3.2)采用Canny算子對圖像邊緣特征信息進行檢測；

(3.3)提取ROI區域中的邊緣線；

根據機器人視覺模塊的安裝位置和角度設置ROI區域，即機器人視野范圍，對區域邊緣線進行提取，定義一個數組，用以存放ROI區域的四個角點坐標，設原始圖像的最大橫、縱坐標分別為X和Y，則四個角點坐標的計算方式如下：

x₁＝0；y₁＝Y

x₄＝X；y₄＝Y

其中(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)、(x₄，y₄)分別為ROI區域左下、左上、右上、右下四個角點的坐標；將四個角點坐標依次添加到定義的數組中，并繪制ROI區域的輪廓線，進一步提取輪廓線中的所有邊緣線；

(3.4)基于改進的霍夫變換繪制導航線；

在所述步驟(3.4)中，所述改進的霍夫變換具體包括：

(1)遍歷邊緣線上像素點，將其變換到r-θ空間形成多條正弦曲線，變換公式如下：

r_θ＝x₀·cosθ+y₀·sinθ

其中x₀，y₀為平面坐標系中的邊緣線上點的坐標，(r_θ，θ)表示像素點在極坐標空間對應的正弦曲線，其中θ∈[-90,90]；在遍歷過程中設置距離r_θ的步長設置為2個像素，角度θ的步長設置為2°；

(2)在參數空間中建立一個二維累加器，以存儲每個正弦曲線的交點的累加值，更新累加器矩陣；

(3)對邊緣線進行粗過濾，為累加器坐標中的交點個數設置閾值為30，如果累加矩陣中某個坐標點得到的累加值小于閾值，則濾除該點，反之則保留；

(4)對保留的坐標點進行計算，尋找連續線段；從最小角度-90°開始，沿當前角度方向前進，到達圖像的邊界或間隙大于閾值時視為直線到達終點，此時更新直線端點的位置；

(5)定義一個序列，把更新后的直線的兩端點壓入其中儲存；將已確定端點直線上的點與其臨近2個像素的點對應累加器的值清零；

(6)計算平面坐標系中的每一條直線的斜率，當直線斜率的絕對值小于t時濾除，設定閾值t為0.35以過濾接近水平方向的線段；

(7)對剩下的直線按長度權重進行擬合并計算最終導航線的斜率，計算公式如下：

按長度權值計算斜率slo、中心點cen(x,y)：

其中slo_t為總斜率，len_t為總長度，cen_t(x_t,y_t)為中心點坐標，i為直線的數量，y_i2為終點的縱坐標，y_i1為起點的縱坐標，x_i2為終點的橫坐標，x_i1為起點的橫坐標；

(4)根據步驟3獲取全地形機器人導航線，對下位機發送運動指令，具體步驟如下：

(4.1)設置運動軌跡偏移角度θ為(0°，180°)，將其劃分為5個范圍，分別為(85°，95°)，(95°，115°)，(65°，85°)，(115°，180°)，(0°，65°)，根據導航線偏移角度判斷機器人當前狀態，調用下位機的5個子程序模塊以實時調整機器人的位姿，使機器人按預設軌跡運動；

(4.2)當機器人視野區域覆蓋地圖路口標志時，難以檢測機器人運動軌跡，定義一個路口計數器times，若運動軌跡檢測失敗，則times加1，若連續2次檢測運動軌跡失敗，則判定機器人已進入路口，此時向下位機發送信號調用相應路口的子程序。