一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法。子機(jī)器人在其前行方向的左側(cè)、右側(cè)和后側(cè)各貼有一個(gè)識(shí)別標(biāo)識(shí)，每個(gè)識(shí)別標(biāo)識(shí)由兩個(gè)能視覺(jué)區(qū)分的矩形塊上下排布構(gòu)成，母機(jī)器人根據(jù)一圖像擷取裝置采集周圍環(huán)境的圖像，并根據(jù)識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊的像素特性和排布關(guān)系，提取出圖像擷取裝置所采集周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段，進(jìn)而計(jì)算出視景方位系數(shù)以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)，據(jù)此進(jìn)行決策并將運(yùn)動(dòng)指令傳遞給子機(jī)器人以指導(dǎo)子機(jī)器人的入艙運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明實(shí)時(shí)性好，為機(jī)器人自動(dòng)回收等方面的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
【專利說(shuō)明】一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多機(jī)器人系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，多機(jī)器人系統(tǒng)被廣泛研究，考慮到環(huán)境的復(fù)雜性使得單純一類機(jī)器人可能無(wú)法完成任務(wù)，子母式機(jī)器人系統(tǒng)受到了重視，子母式機(jī)器人系統(tǒng)旨在整合運(yùn)輸型機(jī)器人(母機(jī)器人)的航運(yùn)能力及小型機(jī)器人(子機(jī)器人)對(duì)特定工作空間或特定工種的適應(yīng)力。鑒于子母式機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)環(huán)境優(yōu)良的適應(yīng)能力，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)從地-空、海-空、地-地等多角度開(kāi)展了深入的研究研究工作，并研發(fā)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，代表性的包括MACS-RACS系統(tǒng)、用于城鎮(zhèn)搜索和救援的Silver Bullet與Bujold系統(tǒng)、Pioneer2-AT / Scouts系統(tǒng)等。其中，子機(jī)器人的回收是一個(gè)非常關(guān)鍵的難點(diǎn)。采用遠(yuǎn)程遙控完成子機(jī)器人入艙的方式在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的局限性；子機(jī)器人將自身圖像通過(guò)有線方式回傳給母機(jī)器人用于入艙口引導(dǎo)標(biāo)識(shí)的提取，這限制了子機(jī)器人的活動(dòng)范圍，若采用無(wú)線方式回傳圖像，又會(huì)占用大量的通訊帶寬，易受干擾。當(dāng)子機(jī)器人受體積與運(yùn)算能力等限制時(shí)，可能單純依靠自身感知無(wú)法完成入艙，因此，有必要借助母機(jī)器人所攜帶的圖像擷取裝置感知子機(jī)器人進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)子機(jī)器人入艙的有效指引。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004]本發(fā)明的目的是面向采用母機(jī)器人所攜帶圖像擷取裝置感知子機(jī)器人姿態(tài)進(jìn)而指導(dǎo)子機(jī)器人入艙的問(wèn)題，提供了一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法，使得子機(jī)器人在母機(jī)器人的視覺(jué)協(xié)助下，達(dá)到令人滿意的入艙效果。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法，所述母機(jī)器人具有一個(gè)用于容納子機(jī)器人的回收艙，回收艙具有一個(gè)入口供子機(jī)器人出入，所述母機(jī)器人還具有一個(gè)圖像擷取裝置，其能夠擷取該母機(jī)器人周圍環(huán)境的圖像；所述子機(jī)器人在其前行方向的左側(cè)、右側(cè)和后側(cè)各貼有一個(gè)識(shí)別標(biāo)識(shí)，每個(gè)識(shí)別標(biāo)識(shí)具有一個(gè)標(biāo)識(shí)圖案，該圖案由兩個(gè)矩形塊上下排布構(gòu)成，且兩個(gè)矩形塊能夠被視覺(jué)區(qū)分，其中左側(cè)識(shí)別標(biāo)識(shí)和右側(cè)識(shí)別標(biāo)識(shí)相同，且所述左側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)和右側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)的設(shè)置位置能夠使得其不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)于母機(jī)器人圖像擷取裝置所采集的周圍環(huán)境的圖像中；所述子機(jī)器人入艙方法包括:
[0007]步驟S1、所述母機(jī)器人通過(guò)所述圖像擷取裝置采集周圍環(huán)境的圖像；步驟S2、所述母機(jī)器人提取所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段，并判斷其是A類矩形塊交界線段還是B類矩形塊交界線段，所述A類矩形塊交界線段是所述左側(cè)或右側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段，所述B類矩形塊交界線段是所述后側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段；步驟S3、所述母機(jī)器人計(jì)算視景方位系數(shù)Um以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)Rm，所述視景方位系數(shù)反映的是所述子機(jī)器人相對(duì)回收入口的方位；所述矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)是指所述A類矩形塊交界線段的長(zhǎng)度Ua占A類矩形塊交界線段的長(zhǎng)度Ua與B類矩形塊交界線段的長(zhǎng)度Ub之和的比例；步驟S4、所述母機(jī)器人根據(jù)所述視景方位系數(shù)Um以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)Rm進(jìn)行決策并將運(yùn)動(dòng)指令傳遞給所述子機(jī)器人以指導(dǎo)子機(jī)器人的入艙運(yùn)動(dòng)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述步驟S2包括:步驟S21、提取所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界點(diǎn)；步驟S22、根據(jù)提取出的所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界點(diǎn)，以連通生長(zhǎng)方式得到所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述步驟S22為:對(duì)圖像擷取裝置采集的圖像由左到右逐列掃描；在提取到首個(gè)A類矩形塊交界點(diǎn)后將其記錄為一條長(zhǎng)度為I的A類候選矩形塊交界線段，在后續(xù)掃描中每提取到一個(gè)新的A類矩形塊交界點(diǎn)，如果該點(diǎn)和所記錄的某條A類候選矩形塊交界線段足夠鄰近，則將該點(diǎn)生長(zhǎng)到相應(yīng)的A類候選矩形塊交界線段中，否則，將該點(diǎn)記錄為一條新的長(zhǎng)度為I的A類候選矩形塊交界線段出類候選矩形塊交界線段的連通生長(zhǎng)方式采用A類候選矩形塊交界線段的連通生長(zhǎng)方式相同的方式進(jìn)行；掃描結(jié)束后，將最長(zhǎng)的B類候選矩形塊交界線段作為B類矩形塊交界線段，對(duì)于最長(zhǎng)的A類候選矩形塊交界線段，若其長(zhǎng)度不小于給定閾值La，則將其作為A類矩形塊交界線段。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在步驟S3中，當(dāng)未提取到A類矩形塊交界線段時(shí)，Rm=O ;當(dāng)ua < ub時(shí)，Rm為正；當(dāng)ua > ub時(shí)，Rm為負(fù)；并且，
[0011]所述視景方位系數(shù)Um以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)Rm計(jì)算如下:當(dāng)母機(jī)器'
人提取到A類矩形塊交界線段時(shí)，否則，Un= b— 其中，
【權(quán)利要求】
1.一種基于母機(jī)器人視覺(jué)的子機(jī)器人入艙方法，所述母機(jī)器人具有一個(gè)用于容納子機(jī)器人的回收艙，回收艙具有一個(gè)入口供子機(jī)器人出入，其特征在于， 所述母機(jī)器人還具有一個(gè)圖像擷取裝置，其能夠擷取該母機(jī)器人周圍環(huán)境的圖像； 所述子機(jī)器人在其前行方向的左側(cè)、右側(cè)和后側(cè)各貼有一個(gè)識(shí)別標(biāo)識(shí)，每個(gè)識(shí)別標(biāo)識(shí)具有一個(gè)標(biāo)識(shí)圖案，該圖案由兩個(gè)矩形塊上下排布構(gòu)成，且兩個(gè)矩形塊能夠被視覺(jué)區(qū)分，其中左側(cè)識(shí)別標(biāo)識(shí)和右側(cè)識(shí)別標(biāo)識(shí)相同，且所述左側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)和右側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)的設(shè)置位置能夠使得其不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)于母機(jī)器人圖像擷取裝置所采集的周圍環(huán)境的圖像中； 所述子機(jī)器人入艙方法包括: 步驟S1、所述母機(jī)器人通過(guò)所述圖像擷取裝置采集周圍環(huán)境的圖像； 步驟S2、所述母機(jī)器人提取所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段，并判斷其是A類矩形塊交界線段還是B類矩形塊交界線段，所述A類矩形塊交界線段是所述左側(cè)或右側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段，所述B類矩形塊交界線段是所述后側(cè)的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段； 步驟S3、所述母機(jī)器人計(jì)算視景方位系數(shù)Um以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)Rm，所述視景方位系數(shù)反映的是所述子機(jī)器人相對(duì)回收入口的方位；所述矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)是指所述A類矩形塊交界線段的長(zhǎng)度Ua占A類矩形塊交界線段的長(zhǎng)度Ua與B類矩形塊交界線段的長(zhǎng)度Ub之和的比例； 步驟S4、所述母機(jī)器人根據(jù)所述視景方位系數(shù)Um以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)Rm進(jìn)行決策并將運(yùn)動(dòng)指令傳遞給所述子機(jī)器人以指導(dǎo)子機(jī)器人的入艙運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的子機(jī)器人入艙方法，其特征在于，所述步驟S2包括: 步驟S21、提取所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界點(diǎn)； 步驟S22、根據(jù)提取出的所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界點(diǎn)，以連通生長(zhǎng)方式得到所述周圍環(huán)境的圖像中的識(shí)別標(biāo)識(shí)的矩形塊交界線段。
3.如權(quán)利要求2所述的子機(jī)器人入艙方法，其特征在于，所述步驟S22為:對(duì)圖像擷取裝置采集的圖像由左到右逐列掃描；在提取到首個(gè)A類矩形塊交界點(diǎn)后將其記錄為一條長(zhǎng)度為I的A類候選矩形塊交界線段，在后續(xù)掃描中每提取到一個(gè)新的A類矩形塊交界點(diǎn)，如果該點(diǎn)和所記錄的某條A類候選矩形塊交界線段足夠鄰近，則將該點(diǎn)生長(zhǎng)到相應(yīng)的A類候選矩形塊交界線段中，否則，將該點(diǎn)記錄為一條新的長(zhǎng)度為I的A類候選矩形塊交界線段；B類候選矩形塊交界線段的連通生長(zhǎng)方式采用A類候選矩形塊交界線段的連通生長(zhǎng)方式相同的方式進(jìn)行；掃描結(jié)束后，將最長(zhǎng)的B類候選矩形塊交界線段作為B類矩形塊交界線段，對(duì)于最長(zhǎng)的A類候選矩形塊交界線段，若其長(zhǎng)度不小于給定閾值La，則將其作為A類矩形塊交界線段。
4.如權(quán)利要求1所述的子機(jī)器人入艙方法，其特征在于，在步驟S3中，當(dāng)未提取到A類矩形塊交界線段時(shí)，Rm = O ;當(dāng)Ua < Ub時(shí)，Rm為正；當(dāng)Ua > Ub時(shí)，Rm為負(fù)；并且， 所述視景方位系數(shù)Um以及矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)Rm計(jì)算如下:當(dāng)母機(jī)器人提取到A類矩形塊交界線段時(shí)，
5.如權(quán)利要求1所述的子機(jī)器人入艙方法，其特征在于，在所述步驟S4中，首先根據(jù)Um計(jì)算出期望的矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)1，若Rm減去I的值超出給定閾值Tk，將順時(shí)針原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)指令傳遞給子機(jī)器人直到Rm減去I的值在[_TK，TJ范圍內(nèi)；SRm減去‘的值低于-Tk，將逆時(shí)針原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)指令傳遞給子機(jī)器人直到Rm減去I的值在[-TE,TJ范圍內(nèi)；當(dāng)Rm減去I的值在[_TK，TK]范圍內(nèi)時(shí)，將向后退行運(yùn)動(dòng)指令傳遞給子機(jī)器人；最終，Um、Rm均基本為零，子機(jī)器人向后退行運(yùn)動(dòng)可使得其進(jìn)入回收艙中。
6.如權(quán)利要求5所述的子機(jī)器人入艙方法，其特征在于，所述期望的矩形塊交界線段長(zhǎng)度比例系數(shù)I汁算如下:
【文檔編號(hào)】B25J9/16GK103522304SQ201310516094
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】曹志強(qiáng), 程龍, 周超, 徐德, 譚民, 趙鵬, 陳旭潮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所