專利名稱：一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺的制作方法
技術領域：
該實用新型涉及一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺，屬于電子技術、傳感技術和計算機技術等領域。
背景技術：
近年來，出現(xiàn)了各類智能的移動機器人平臺。雖然這些平臺各具特色，但是它們無法滿足可重構性、可擴展性、可移植性和廉價性這些準則的要求。一些平臺是由資源受到嚴格限制的簡易移動機器人搭建起來的。它們缺少足夠強的計算能力和足夠多的傳感器進行準確的導航或者實現(xiàn)期望的圖像處理和協(xié)作算法。這些平臺包括MicaBot、CotsBot、Robomote機器人以及商業(yè)化的Khepera機器人；一些平臺基于全套的商用機器人,它們缺乏可重構性并且在構建多移動機器人網絡時價格昂貴。這些平臺包括Pioneer移動機器 人和麻省理工學院的移動車平臺。因此，出于各方面的原因，智能移動機器人研究平臺難以在一般的科研機構或實驗室普及。
發(fā)明內容針對現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的是提出一種低成本、可移植性強、有足夠計算能力和一定數量傳感器的QuickCam網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺。該移動機器人目標追蹤平臺包括硬件架構和軟件系統(tǒng)。一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺硬件部分主要包括Hokuyo LRFURG-04LX激光測距儀(I)、上層有機玻璃擋板(2)、右支撐架(3)、中層擋板(4)、下層擋板、移動機器車iRobotCreate (6)、右車輪(7)、Fitpc2供電電源(8)、左車輪(9)、冷卻風扇(10)、微型計算機 Fitpc2 (11)、左支撐架(12)和 Logitech QuickCam Pro 5000 網絡攝像頭(13)。移動機器車iRobot Create (6)設有左右兩根支撐架(12、3)，它們將上層玻璃擋板(2)、中層玻璃擋板(4)和下層玻璃擋板(5)垂直連接并固定在移動機器車iRobotCreate (6)上。Hokuyo LRF URG-04LX激光測距儀(I)固定在上層有機玻璃擋板(2)上，它的測量范圍在20mm到4094mm之間，掃描范圍240°，掃描速率100 ms/scan，距離精確度±3%，角分辨率為0. 36° ;固定在中層有機玻璃擋板(4)上的是Logitech QuickCam Pro5000網絡攝像頭(13)，它采用的是廣角鏡頭，需要手動對焦。攝像頭能提供最高30萬像素，另外彩色圖像最大分辨率是640X480，最大幀頻30fps ;固定在中層有機玻璃擋板(4)和下層玻璃擋板(5)之間，下層玻璃擋板(5)和移動機器車iRobot Create (6)之間的是兩臺微型計算機Fitpc2 (11)。這是一種輕巧的計算機,能運行Windows和Linux兩種操作系統(tǒng)。由于微型計算機Fitpc2 (11)內部沒有散熱風扇，無法散熱。因此為其配備一臺冷卻風扇(10),使其能長時間工作。冷卻風扇(10)固定在移動機器車iRobot Create (6)上；移動機器車iRobot Create (6)是一個商業(yè)化的移動平臺。通過它的串口可以讀到傳感器數據，并且可以使用iRobot Roomba開放接口協(xié)議發(fā)送對馬達的控制命令。一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺軟件部分由機器人操作系統(tǒng)(RobotOperating System, ROS)構成。這是一種開源的元操作系統(tǒng),它提供的服務包括硬件抽象、低端設備控制、常用函數實現(xiàn)、進程之間的信息傳輸以及軟件包管理。ROS有兩個基本的部分，一部分是ROS的核心部分，它的基本功能是可以跟一臺帶有無線通信功能(如Wi-Fi)并運行ROS操作系統(tǒng)的電腦進行無線通信，并能利用外部帶有無線通信功能的計算機遠程遙控移動機器人進行運動。另一個部分的程序包是整個ROS社區(qū)共享的開源代碼。ROS社區(qū)指的是所有使用ROS操作系統(tǒng)的個人、研究團體和科研院所都可以將代碼發(fā)布到網上的ROS社區(qū)中。并且這些代碼可以很容易的下載并移植到其他使用ROS操作系統(tǒng)的移動機器人平臺或傳感器平臺上。利用這些開源代碼就能在這個平臺上實現(xiàn)目標檢測、目標追蹤、目標識別、定位、建圖以及自動導航等功能。ROS的網絡結構包括外部計算機網絡(41)、無線通信(43)和移動機器人車載計算機網絡(27)。外部計算機網絡(41)內的計算機通過以太網(42)連接。外部計算機網絡
(41)和移動機器人車載計算機網絡(27)之間通過無線局域網連接。外部計算機網絡(41) 中的每臺計算機都處理計算量很大的不同任務，如機器視覺、語音識別、目標檢測等。目標檢測的具體任務是當自主移動機器人探索某個未知的環(huán)境，它將定位目標的位置并識別該目標。盡管在機器視覺領域已經進行了大量的目標識別工作，但是很少有基于移動機器人平臺的研究方法。與標準的監(jiān)視系統(tǒng)相比，這里的攝像頭是安裝在一個移動的平臺上，因此燈光條件是不斷改變的并且圖像包含了大量的噪聲。用顏色分割算法進行目標檢測。顏色分割的目的是找到連續(xù)的區(qū)域，其中的每個像素點都具有共同的特征。由于目標都具有顏色特征，因此這是一種簡單和快速的檢測目標的方法。由于RGB顏色空間對于光線的變化非常的敏感，捕捉的圖像首先需要從RGB顏色空間轉變到HSV顏色空間；HSV顏色空間從顏色所攜帶的信息中解耦亮度部分；然后在HSV顏色空間中設置各個頻段的閾值，這樣就進行了顏色分割。二進制圖像是通過對HSV頻段進行濾波得到的。在應用高斯濾波器和拓撲學方法(膨脹和侵蝕)減少噪聲以后，就能檢測到顏色目標了。該裝置的有益之處是設計一種模塊化的低成本、可移植性和結構簡單的移動機器人目標追蹤平臺，并使用了一種相對簡單有效的顏色目標識別算法進行目標檢測識別。同時這個平臺也為同步定位與建圖以及自動導航研究提供了一種新的研究平臺。
以下結合附圖
對本實用新型做進一步描述。圖I網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺結構圖；圖2移動機器車iRobotCreate結構圖俯視圖和底部俯視圖；圖3 Logitech QuickCam Pro 5000網絡攝像頭左視圖；圖4微型計算機Fitpc2的王視圖和背面的王視圖；圖5 Hokuyo激光測距僅的左視圖；圖6移動機器人車載計算機網絡與外部計算機網絡無線通信示意圖；圖7網絡攝像頭的移動機器人目標檢測算法示意圖；圖8網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤示意圖。圖中1是Hokuyo LRF URG-04LX激光測距儀，2是上層擋板，3是右支撐架，4是中層擋板，5是下層擋板，6是移動機器車iRobot Create，7是右車輪，8是攝像頭供電電源，9是左車輪，10是冷卻風扇，11是微型計算機Fitpc2，12是左支撐架，13是QuickCam網絡攝像頭，14是全方向紅外接收器，15是控制面板，16是螺絲孔，17是串行口，18是充電插口，19是裝載艙連接口，20是裝載艙，21是擋板，22是邊緣傳感器端口，23是地基接觸點，24是左右車輪，25是電池，26是后輪，27是USB連接線，28是電源開關，29是SD存儲卡卡槽，30是RS232接口，31是微型USB接口，32是電源，33是無線局域網(WLAN)，34是語音輸入，35是網口，36是語音輸入，37是USB 口，38是重置鍵，39是數字視頻系統(tǒng)，40是USB接口，41是外部計算機網絡，42是以太網，43是無線網絡，44是USB串行口，45是USB連接線，46是USB連接線，47是顏色空間變換，48是顏色分割，49是解耦亮度信息，50是設置各頻段閾值，51是高斯濾波器，52是侵蝕和膨脹，53是檢測到的顏色目標，54是顏色檢測，55是顏色目標定位，56是驅動馬達追蹤。
具體實施方式
參見附圖,包括QuickCam網絡攝像頭(13);移動機器車iRobot Create (6)包括全方向紅外接收器(14)，控制面板(15)，串行口(17)和邊緣傳感器端口(22);微型計算機Fitpc2 (11)包括微型USB接口 (31)，無線局域網(WLAN) (33)和 USB 口 (40) ；Hokuyo LRF URG-04LX激光測距儀(I)包括USB接口(40);啟動微型計算機Fitpc2 (11)，啟動移動機器 車iRobot Create (6),開啟Hokuyo激光測距儀(I)和QuickCam網絡攝像頭(13)。微型計算機Fitpc2 (11)將運行機器人操作系統(tǒng)R0S，并能控制移動機器車iRobot Create (6)的運動；通過USB 口與微型計算機Fitpc2 (11)相連的Hokuyo激光測距儀(I)和攝像頭QuickCam(13)都可以在ROS系統(tǒng)中使用。微型計算機Fitpc2 (11)具有Wi-Fi功能，通過Ad-hoc無線局域網(43)與外部計算機(41)通信。外部計算機(41)同樣也運行機器人操作系統(tǒng)R0S，它們將Fitpc2 (11)通過Ad-hoc無線局域網(43)傳輸來的Hokuyo激光測距儀(I)獲取的障礙物信息進行目標定位，將攝像頭QuickCam(13)獲取的圖像利用顏色分割算法檢測帶指定顏色的目標。然后將處理以后的結果和指令再通過無線局域網(43)發(fā)送給微型計算機Fitpc2 (11)。微型計算機Fitpc2 (11)根據外部計算機(41)發(fā)送來的目標的位置控制移動機器車追蹤該顏色目標。本實施例中，上層擋板(2)、中層擋板(4)、下層擋板(5)均為有機玻璃制成，具有堅固和重量輕的特點。另外根據需要可以不斷增加擋板的數量，以便放置更多的硬件設備。本實施例中，網絡攝像頭(13)采用Logitech公司生產的QuickCam Pro 5000網絡攝像頭。本實施例中，微型計算機(11)采用CompuLab公司生產的Fitpc2微型計算機,該型計算機能運行Windows和Linux兩類操作系統(tǒng)。這里用到了 Linux版本的Fitpc2微型計算機(11)運行機器人操作系統(tǒng)R0S。本實施例中，Hokuyo激光測距儀(I)和QuickCam攝像頭(13)均采用USB供電，F(xiàn)itpc2微型計算機(11)采用12V直流電源供電。
權利要求1.一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺，其特征是該裝置包括Hokuyo LRFURG-04LX激光測距儀(I)、上層有機玻璃擋板(2)、右支撐架(3)、中層擋板(4)、下層擋板(5)、移動機器車iRobot Create (6)、右車輪(7)、Fitpc2供電電源(8)、左車輪(9)、冷卻風扇(10)、微型計算機 Fitpc2 (11)、左支撐架(12)和 Logitech QuickCam Pro 5000 網絡攝像頭(13);移動機器車iRobot Create (6)設有左右兩根支撐架(12，3)，它們將上層玻璃擋板(2)、中層玻璃擋板(4)和下層玻璃擋板(5)垂直連接并固定在移動機器車iRobotCreate (6)上。
2.權利要求I所述的一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺，其特征是微型計算機Fitpc2 (11)具有Wi-Fi功能，它能控制移動機器車iRobot Create (6)的運動，并通過Ad-hoc無線局域網(43)與外部計算機(41)通信；微型計算機Fitpc2 (11)根據外部計算機(41)發(fā)送來的目標的位置控制移動機器車追蹤該目標。
專利摘要該實用新型涉及一種網絡攝像頭的移動機器人目標追蹤平臺，該裝置主要包括URG-04LX激光測距儀(1)、移動機器車iRobotCreate(6)、微型計算機Fitpc2(11)和QuickCam網絡攝像頭(13)。微型計算機Fitpc2(11)將運行機器人操作系統(tǒng)ROS，并能控制移動機器車iRobotCreate(6)的運動；微型計算機Fitpc2(11)具有Wi-Fi功能，通過Ad-hoc無線局域網(43)與外部計算機(41)通信。外部計算機(41)同樣也運行機器人操作系統(tǒng)ROS，它們將Fitpc2(11)通過Ad-hoc無線局域網(42)傳輸來的激光測距儀(1)獲取的障礙物信息進行目標定位；將攝像頭QuickCam(13)獲取的圖像利用顏色分割算法檢測帶有指定顏色的目標。然后將處理以后的結果和指令再通過無線局域網(42)發(fā)送給微型計算機Fitpc2(11)。微型計算機Fitpc2(11)根據外部計算機(41)發(fā)送來的目標的位置控制移動機器車追蹤該目標。
文檔編號G05D1/12GK202533803SQ20122004350
公開日2012年11月14日 申請日期2012年2月11日 優(yōu)先權日2012年2月11日
發(fā)明者陶重犇 申請人:陶重犇