一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自20世紀(jì)40年代末以來，進(jìn)過60多年的發(fā)展和研宄，針 對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)器人從工業(yè)機(jī)器人，包括機(jī)械手臂等固定的簡單機(jī)器人，到移動(dòng)機(jī)器 人，再到近代發(fā)展的仿人形機(jī)器人；從單機(jī)器人到多機(jī)器人。經(jīng)歷了翻天覆地的變化。機(jī)器 人研宄的目的主要是用于完成人類難以執(zhí)行的任務(wù)，如粉塵、毒氣或不適宜人類生存的環(huán) 境以及一些簡單重復(fù)性的無聊工作，并且提高人類的工作效率。
[0003] 在機(jī)器人相關(guān)技術(shù)中，導(dǎo)航是核心技術(shù)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)。目前 常見的導(dǎo)航方法根據(jù)信號(hào)類型和信息獲取的方式不同可以分為基于磁場強(qiáng)度變化和作用 的電磁導(dǎo)航、基于陀螺儀檢測的慣性導(dǎo)航、CPS導(dǎo)航、基于反射的超聲波導(dǎo)航、基于路標(biāo)的導(dǎo) 航、基于機(jī)器視覺的導(dǎo)航和射頻識(shí)別導(dǎo)航等。專利《一種溫室智能移動(dòng)機(jī)器人視覺導(dǎo)航路徑 識(shí)別方法》（發(fā)明人高國琴、李明）提出了基于視覺導(dǎo)航路徑識(shí)別的方法，文中將圖像從RGB 轉(zhuǎn)換到HIS顏色空間，利用形態(tài)學(xué)圖像等方法，結(jié)合candy算子提取邊緣離散點(diǎn)并將其擬合 獲取路徑星系，最終實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別的實(shí)時(shí)快速性。專利《一種基于自然語言處理的機(jī)器人導(dǎo) 航方法》（發(fā)明人李新德、張秀龍、戴先中）提出的基于自然語言處理的導(dǎo)航方法，通過分析 自然語言來表示路徑，更新導(dǎo)航意向圖和實(shí)際地圖比例完成機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)。但是上述的 機(jī)器人導(dǎo)航方法均不能自主選擇道路前進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，使得機(jī)器人能 夠自主選擇道路前進(jìn)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方 法，包括以下步驟：
[0006] (1)將機(jī)器人放置到行動(dòng)區(qū)域中，機(jī)器人探測周邊環(huán)境，獲取初始最小距離信息；
[0007] (2)對(duì)獲取的初始最小距離信息進(jìn)行判定，如果初始最小距離信息小于約束條件， 則保持靜止；否則機(jī)器人開始探測地面環(huán)境；
[0008] (3)將獲取的地面環(huán)境信息進(jìn)行濾波，消除采集過程中的噪聲，并對(duì)圖像作灰度化 處理，進(jìn)行路徑提?。?br>[0009] (4)構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，將獲取的路徑利用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人可識(shí)別 指令，以達(dá)到約束機(jī)器人實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位和路徑識(shí)別的目的，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能導(dǎo)航控制。
[0010] 所述步驟（1)前還包括對(duì)所述機(jī)器人的傳感器進(jìn)行測試的步驟，所述機(jī)器人的傳 感器包括紅外傳感器、超聲波傳感器和視頻傳感器，其中，紅外傳感器和超聲波傳感器用來 探測障礙物距離；視頻傳感器用來檢測機(jī)器人周邊地圖環(huán)境。
[0011] 所述步驟（2)中的約束條件根據(jù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。
[0012] 所述步驟（3)主要包括：去噪、灰度化圖像，然后利用圖像分割相關(guān)算法提取出路 徑信息，然后二值化，并對(duì)提取的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的閉操作處理。
[0013] 所述步驟（4)中根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)造出適宜于此種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型。
[0014] 有益效果
[0015] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果：本發(fā)明通過多傳感器信息的融合處理技術(shù)，將所獲取的信息經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)化為機(jī)器所能 識(shí)別的指令，能夠做到路線的導(dǎo)航和機(jī)器人定位，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能導(dǎo)航控制。本發(fā)明 可以應(yīng)用于各類場景，包括室內(nèi)餐廳送餐、家庭服務(wù)等。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明采用的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明的流程圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明通過采集的視覺信息提取出的路徑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0020] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種機(jī)器人的智能導(dǎo)航控制方法，以PC機(jī)為控制平臺(tái)，集 視頻采集、距離探測、圖像處理、顯示及控制功能于一體，并通過軟件進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)機(jī) 器人智能導(dǎo)航的控制。
[0021] 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能如圖1所示，本發(fā)明采用CCD攝像頭作為視頻采集工具，它擁有高 圖象分辨率、對(duì)獲取機(jī)器人周邊環(huán)境很有幫助，而環(huán)境信息的采集對(duì)于后面提取路徑具有 非常重要的作用；PSD超聲波傳感器可以探測機(jī)器人周邊障礙物的距離，可以根據(jù)距離約 束條件控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；智能控制盒具有ZigBee通信，能夠方便機(jī)器人傳送數(shù)據(jù)至控制 盒、并且能將操控終端發(fā)送的指令傳遞給機(jī)器人，指導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0022] 如圖2所示，一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，該方法應(yīng)用于T臺(tái)走秀，其步驟為：
[0023] (1)將機(jī)器人放置在走秀區(qū)域中，先初始化，通過超聲波和紅外傳感探測周邊環(huán) 境，獲取初始最小距尚彳目息；
[0024] (2)對(duì)獲取的距離進(jìn)行判定，如果距離小于約束條件，則保持靜止；否則機(jī)器人開 始通過C⑶傳感器探測地面環(huán)境；
[0025] (3)將獲取的視頻信息進(jìn)行濾波，消除視頻采集過程中的噪聲，并對(duì)圖像作灰度化 處理，進(jìn)行路徑提取；
[0026] (4)構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，將獲取路徑和模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人T臺(tái)走秀控制。
[0027] 所述步驟（1)前還包括對(duì)傳感器進(jìn)行測試，包括紅外傳感器、超聲波傳感器和視 頻傳感器，其中紅外傳感器和超聲波傳感器用來探測障礙物距離；視頻傳感器用來檢測機(jī) 器人周邊地圖環(huán)境。紅外傳感通過測量反射的角度和返回的時(shí)間，可以得到障礙物的距離； 超聲波探測即利用反射時(shí)間計(jì)算距離，兩者相互補(bǔ)充，提高測量的精度。
[0028] 所述步驟（2)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)前通過場地的情況，選擇約束距離，本發(fā)明根據(jù)室內(nèi) 環(huán)境設(shè)置約束距離為1. 5m;當(dāng)檢測到離機(jī)器人前方最近的障礙物的距離大于約束條件時(shí)， 表明前方無障礙物，機(jī)器人處于預(yù)備行駛狀態(tài)，同時(shí)機(jī)器人開始采集圖像信息。
[0029] 所述步驟⑶的對(duì)圖像信息的處理、提取路徑主要包括：去噪、灰度化圖像，然后 利用圖像分割相關(guān)算法提取出路徑信息，然后二值化，并對(duì)提取的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的閉操 作處理，即對(duì)二值化處理后的圖像先作膨脹后腐蝕，彌合處理過程存在的較窄的間斷和細(xì) 長的溝壑，消除小的孔洞，從而非常清晰的從CCD攝像頭獲取的環(huán)境信息中提取出路徑如 圖3所示，為機(jī)器人導(dǎo)航做準(zhǔn)備。
[0030] 所述步驟（4)根據(jù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出適宜于此種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型。本實(shí)驗(yàn) 室利用四輪履帶式機(jī)器人，機(jī)器人的位姿可以由向量P=[H0]T表示，其中〇表示機(jī) 器人的質(zhì)心在平面坐標(biāo)中的投影，0表示運(yùn)動(dòng)方向和平面坐標(biāo)x軸的夾角。根據(jù)機(jī)器人本 身運(yùn)動(dòng)特性，可以得到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程如下：
[0032] 其中X()、y。為機(jī)器人在坐標(biāo)系中的位置，V。表示質(zhì)心的速度，《。表示角速度。
[0033] 結(jié)合提取的路徑信息和所建立的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，在 行走過程中，根據(jù)獲取的路徑信息，判斷是否前方有拐彎，如果存在，則根據(jù)機(jī)器人的位姿 做預(yù)測，根據(jù)行進(jìn)的速度，估測出機(jī)器人拐彎的地點(diǎn)和角度信息，指導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0034] 最后進(jìn)行終點(diǎn)判定，在所需行駛的路線終點(diǎn)處設(shè)置標(biāo)記，當(dāng)檢測到標(biāo)記時(shí)發(fā)送指 令給控制盒，控制機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，否則保持路徑行駛。
[0035] 本發(fā)明利用信息融合和圖像處理技術(shù)，根據(jù)獲取的環(huán)境信息和距離探測，對(duì)機(jī)器 人的位姿進(jìn)行估計(jì)，利用豐富的傳感信息提取路徑，對(duì)獲取的圖像信息離線學(xué)習(xí)，通過模仿 人類在學(xué)習(xí)中積累經(jīng)驗(yàn)的方式，重復(fù)提取路徑，并指導(dǎo)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，將學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn) 存儲(chǔ)在知識(shí)庫中，達(dá)到對(duì)機(jī)器人在線運(yùn)動(dòng)獲取的視頻中快速有效識(shí)別路徑信息的目的，因 此學(xué)習(xí)控制能夠很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能路徑導(dǎo)航與路徑跟蹤，充分體現(xiàn)了智能這一背景 的要求，對(duì)機(jī)器人的發(fā)展提供幫助。
[0036] 圖1中的智能控制盒是基于學(xué)習(xí)的控制，它是屬于離線的方式，首先將機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)獲取的視頻信息，截取每一幀，對(duì)圖像進(jìn)行路徑提取，將提取的路徑信息指導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行 運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行校正，通過這種離線學(xué)習(xí)的方式，來提高機(jī)器人在線運(yùn)動(dòng)中路徑的獲取，達(dá)到 智能控制盒自適應(yīng)控制的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將機(jī)器人放置到行動(dòng)區(qū)域中，機(jī)器人探測周邊環(huán)境，獲取初始最小距離信息； (2) 對(duì)獲取的初始最小距離信息進(jìn)行判定，如果初始最小距離信息小于約束條件，則保 持靜止；否則機(jī)器人開始探測地面環(huán)境； (3) 將獲取的地面環(huán)境信息進(jìn)行濾波，消除采集過程中的噪聲，并對(duì)圖像作灰度化處 理，進(jìn)行路徑提??； (4) 構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，將獲取的路徑利用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人可識(shí)別指令， 以達(dá)到約束機(jī)器人實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位和路徑識(shí)別的目的，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能導(dǎo)航控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，其特征在于，所述步驟（1)前還包 括對(duì)所述機(jī)器人的傳感器進(jìn)行測試的步驟，所述機(jī)器人的傳感器包括紅外傳感器、超聲波 傳感器和視頻傳感器，其中，紅外傳感器和超聲波傳感器用來探測障礙物距離；視頻傳感器 用來檢測機(jī)器人周邊地圖環(huán)境。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，其特征在于，所述步驟（2)中的約 束條件根據(jù)機(jī)器人所處的環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，其特征在于，所述步驟（3)主要包 括：去噪、灰度化圖像，然后利用圖像分割相關(guān)算法提取出路徑信息，然后二值化，并對(duì)提取 的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的閉操作處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，其特征在于，所述步驟（4)中根據(jù) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)造出適宜于此種機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)器人智能導(dǎo)航控制方法，包括以下步驟：將機(jī)器人放置到行動(dòng)區(qū)域中，機(jī)器人探測周邊環(huán)境，獲取初始最小距離信息；對(duì)獲取的初始最小距離信息進(jìn)行判定，如果初始最小距離信息小于約束條件，則保持靜止；否則機(jī)器人開始探測地面環(huán)境；將獲取的地面環(huán)境信息進(jìn)行濾波，消除采集過程中的噪聲，并對(duì)圖像作灰度化處理，進(jìn)行路徑提??；構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型，將獲取的路徑利用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器人可識(shí)別指令，以達(dá)到約束機(jī)器人實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位和路徑識(shí)別的目的，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能導(dǎo)航控制。本發(fā)明通過多傳感器信息的融合處理技術(shù)，將所獲取的信息經(jīng)過處理、轉(zhuǎn)化為機(jī)器所能識(shí)別的指令，能夠做到路線導(dǎo)航和機(jī)器人的定位。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號(hào)】CN104898675
【申請?zhí)枴緾N201510306806
【發(fā)明人】羅彬 , 郝礦榮, 丁永生, 丁曹凱, 張劍楷
【申請人】東華大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月5日