一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置，包括鋁合金結(jié)構(gòu)框架、二自由度圖像采集系統(tǒng)、環(huán)形圖像采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、靜態(tài)障礙物和移動(dòng)機(jī)器人。鋁合金結(jié)構(gòu)框架由鋁合金型材、四向連接座、底座和鏈條張緊裝置組成；二自由度圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架上端，用以獲取移動(dòng)機(jī)器人工作環(huán)境的不同視覺的全局圖像；環(huán)形圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架的立柱上，用以獲取具體靜態(tài)障礙物的高度等信息。本發(fā)明能夠獲取多角度工作環(huán)境的全局圖像以及障礙物高度等信息，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的工作環(huán)境空間進(jìn)行還原，依據(jù)得到的數(shù)字圖像信息對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的路徑進(jìn)行規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航。
【專利說明】
一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人視覺技術(shù)，特別涉及一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]自主導(dǎo)航是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。目前，移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航技術(shù)主要有電磁導(dǎo)航技術(shù)、磁帶導(dǎo)航技術(shù)、光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)、激光導(dǎo)航技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)和視覺導(dǎo)航技術(shù)等。電磁導(dǎo)航技術(shù)是較為傳統(tǒng)的導(dǎo)引技術(shù)，需要事先在工作區(qū)域鋪設(shè)導(dǎo)引線，安裝成本較低，引導(dǎo)穩(wěn)定，可操作性強(qiáng)，能夠避免聲光等的干擾，但導(dǎo)引線路徑固定，不方便變更和擴(kuò)展，在復(fù)雜路面、路徑條件下難于實(shí)現(xiàn);磁帶導(dǎo)航技術(shù)的工作原理簡(jiǎn)單，靈活性好，能夠方便的擴(kuò)充或改變線路，但其容易受金屬物質(zhì)干擾，可靠性能低;光學(xué)導(dǎo)航技術(shù)與電磁導(dǎo)航技術(shù)相似，路線設(shè)置簡(jiǎn)單，靈活性較好，但其對(duì)環(huán)境要求較高，可靠性差，易被污染和磨損，同時(shí)定位精確度有待提高;激光導(dǎo)航技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是可靠性高，但導(dǎo)航設(shè)備昂貴，設(shè)備的安裝和更換較為復(fù)雜;慣性導(dǎo)航技術(shù)是一種不依賴于外部信息、不易受到干擾的自主式導(dǎo)航技術(shù)，不需要外部參照，適用于復(fù)雜的地理環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，但是其控制性能和實(shí)時(shí)性較差;視覺導(dǎo)航技術(shù)是近些年新興的一個(gè)技術(shù)，主要分為結(jié)構(gòu)化路徑導(dǎo)航和非結(jié)構(gòu)化路徑導(dǎo)航，結(jié)構(gòu)化路徑視覺導(dǎo)航已經(jīng)發(fā)展到應(yīng)用階段，相對(duì)于結(jié)構(gòu)化路徑來說，視覺導(dǎo)航的最終發(fā)展研究目標(biāo)是非結(jié)構(gòu)化的、柔性化的路徑視覺導(dǎo)航，即不再需要預(yù)先鋪設(shè)路徑，只通過移動(dòng)機(jī)器人所配置的“眼睛”一一單目、雙目、甚至多目攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景圖像的實(shí)時(shí)處理，使得移動(dòng)機(jī)器人能夠識(shí)別整個(gè)工作環(huán)境的地形信息，根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行路徑的柔性規(guī)劃，這種功能的實(shí)現(xiàn)需要復(fù)雜而優(yōu)良的算法、高效而低耗的處理器來支撐，是移動(dòng)機(jī)器人視覺導(dǎo)航研究的重點(diǎn)。
[0003]視覺導(dǎo)航技術(shù)要求移動(dòng)機(jī)器人能夠獲取詳細(xì)的工作環(huán)境地形信息，根據(jù)給予的指令及環(huán)境信息規(guī)劃路徑，避開不可越障礙物，以最優(yōu)路徑到達(dá)目標(biāo)，路徑規(guī)劃是自主機(jī)器人智能化程度的重要標(biāo)志。為了提高移動(dòng)機(jī)器人視覺導(dǎo)航的效率和可靠性，需要對(duì)視覺圖像的獲取與處理、路徑規(guī)劃智能算法的優(yōu)化、移動(dòng)機(jī)器人與上位機(jī)的通信等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)行理論驗(yàn)證。目前，軟件仿真是較為普遍的選擇，但是由于仿真環(huán)境太過理想化，仿真結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用還存在較大差距；同時(shí)，目前存在的相類似的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，一般采用固定式的攝像頭，只能獲取單一角度的全局圖像，很難得到完整的、準(zhǔn)確無誤的移動(dòng)機(jī)器人作業(yè)環(huán)境圖像，并且無法獲取障礙物的高度等信息，致使將部分移動(dòng)機(jī)器人完全可以越過的、小的障礙物與不可越的障礙物歸為一類，不僅增加了路徑規(guī)劃的難度，而且使得移動(dòng)機(jī)器人行駛的路徑增加，花費(fèi)更多的時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃裝置，用于獲取移動(dòng)機(jī)器人復(fù)雜工作環(huán)境的詳細(xì)數(shù)字圖像，方便進(jìn)行路徑規(guī)劃操作，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0006]—種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃裝置，在移動(dòng)機(jī)器人和其周圍的靜態(tài)障礙物所共同形成的區(qū)域的上方設(shè)置環(huán)形圖像采集系統(tǒng)和二自由度圖像采集系統(tǒng);二自由度圖像采集系統(tǒng)的攝像頭在平行于移動(dòng)機(jī)器人所在平面內(nèi)邊移動(dòng)邊對(duì)準(zhǔn)所述區(qū)域從上至下進(jìn)行攝像獲得全局圖像;環(huán)形圖像采集系統(tǒng)的攝像頭圍繞移動(dòng)機(jī)器人和其周圍的靜態(tài)障礙物所共同形成的區(qū)域的外圍邊繞圈邊對(duì)所述區(qū)域從區(qū)域外向區(qū)域內(nèi)進(jìn)行攝像獲得側(cè)面圖像;環(huán)形圖像采集系統(tǒng)和二自由度圖像采集系統(tǒng)將采集到的圖像分別發(fā)送到上位機(jī)中，上位機(jī)利用OPENCV軟件對(duì)全局圖像進(jìn)行障礙物識(shí)別和圖像配準(zhǔn)處理，再將處理后的全局圖像與側(cè)面圖像進(jìn)行整合獲得具有靜態(tài)障礙物高度信息的最終圖像，按照移動(dòng)機(jī)器人能否越過為標(biāo)準(zhǔn)將得到最終圖像進(jìn)行二值化處理，形成的“0-1”全局圖像的柵格圖，最后通過MATLAB軟件對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的路徑進(jìn)行規(guī)劃并將規(guī)劃結(jié)果傳遞給移動(dòng)機(jī)器人。
[0007]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，在移動(dòng)機(jī)器人和其周圍的靜態(tài)障礙物所共同形成的區(qū)域上方設(shè)置有長(zhǎng)方體的框架結(jié)構(gòu)，所述二自由度圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)的頂端，且包括橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和全局?jǐn)z像系統(tǒng)；
[0008]所述橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在框架頂端的水平的一副對(duì)邊上，包括橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器、主動(dòng)絲杠和從動(dòng)絲杠，主動(dòng)絲杠平行設(shè)置在其中一個(gè)邊上，從動(dòng)絲杠與主動(dòng)絲杠處于同一平面且相互平行地設(shè)置在另一個(gè)邊上，橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器與主動(dòng)絲杠的一端相連接，主動(dòng)絲杠的另一端通過絲杠底座固定在框架上，從動(dòng)絲杠的兩端均通過絲杠底座固定在框架上，主動(dòng)絲杠和從動(dòng)絲杠上分別設(shè)置有主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪，主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪之間通過鏈條連接；
[0009 ] 所述縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座、絲杠和長(zhǎng)圓桿，所述絲杠水平且與主動(dòng)絲杠垂直設(shè)置，所述縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座上，所述縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座與主動(dòng)絲杠相配合，所述縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器與絲杠一端連接，絲杠的另一端與支架座相連接，所述支架座與從動(dòng)絲杠相配合；
[0010]所述全局?jǐn)z像系統(tǒng)包括全局?jǐn)z像機(jī)、全局?jǐn)z像機(jī)支架和全局?jǐn)z像機(jī)底座，所述全局?jǐn)z像機(jī)通過全局?jǐn)z像機(jī)支架與全局?jǐn)z像機(jī)底座相連接，全局?jǐn)z像機(jī)底座與絲杠配合且全局?jǐn)z像機(jī)底座上有圓形通孔，所述長(zhǎng)圓桿穿過圓形通孔且一端連接到縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座另一端連接到支架座。
[0011]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述環(huán)形圖像采集系統(tǒng)包括環(huán)形軌道、環(huán)形攝像機(jī)、環(huán)形攝像機(jī)支架、環(huán)形攝像機(jī)底座和滑塊;所述環(huán)形軌道固定框架結(jié)構(gòu)上且成水平擺放;所述環(huán)形軌道上設(shè)置有凹槽導(dǎo)軌，所述環(huán)形攝像機(jī)通過環(huán)形攝像機(jī)支架和環(huán)形攝像機(jī)底座相連接，所述環(huán)形攝像機(jī)底座進(jìn)而通過滑塊與環(huán)形軌道上的凹槽導(dǎo)軌相配合。
[0012]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述環(huán)形圖像采集系統(tǒng)和二自由度圖像采集系統(tǒng)所采集的圖像數(shù)據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)采集卡傳輸給上位機(jī)，所述移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部設(shè)置有無線路由器，移動(dòng)機(jī)器人通過無線路由器與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0013]有益效果:
[0014]本發(fā)明提供的基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃裝置，通過二自由度圖像采集系統(tǒng)獲取多角度的工作環(huán)境全局圖像，通過環(huán)形圖像采集系統(tǒng)獲取障礙物高度等信息，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行障礙識(shí)別和圖像配準(zhǔn)，從而得到復(fù)雜工作環(huán)境的詳細(xì)數(shù)字圖像，為研究復(fù)雜環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃問題提供了非常有效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有利于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為移動(dòng)機(jī)器人局部剖面示意圖；
[0018]圖4為全局?jǐn)z像機(jī)底座結(jié)構(gòu)不意圖。
[0019]圖中:1-鋁合金型材，2-四向連接座，3-絲杠底座，4-從動(dòng)鏈輪，5-鏈條，6_從動(dòng)絲杠，7-支架座，8-全局?jǐn)z像機(jī)，9-全局?jǐn)z像機(jī)支架，10-全局?jǐn)z像機(jī)底座，11-長(zhǎng)圓桿，12-絲杠，13-螺栓柱，14-雙頭螺母，15-縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器，16-縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，17-縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座，18-扇形連接支架，19-底座，20-靜態(tài)障礙物，21-移動(dòng)機(jī)器人，22-上位機(jī)，23-環(huán)形攝像機(jī)，24-橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座，25-橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器，26-橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，27-主動(dòng)絲杠，28-主動(dòng)鏈輪，29-環(huán)形攝像機(jī)支架，30-環(huán)形攝像機(jī)底座，31-滑塊，32-凹槽導(dǎo)軌，33-方孔，34-緊固螺栓，35-無線路由器，36-雙目攝像機(jī)，37-紅外避障傳感器，38-螺紋孔，39-圓形通孔，40-圖像數(shù)據(jù)采集卡。
【具體實(shí)施方式】
:
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)裝置，包括鋁合金結(jié)構(gòu)框架、二自由度圖像采集系統(tǒng)、環(huán)形圖像采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、靜態(tài)障礙物20和移動(dòng)機(jī)器人21;所述鋁合金結(jié)構(gòu)框架包括鋁合金型材1、四向連接座2、底座19和鏈條張緊裝置，靜態(tài)障礙物20散落在鋁合金結(jié)構(gòu)框架內(nèi)；所述鏈條張緊裝置設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架左右兩端，包括螺栓柱13和雙頭螺母14，通過轉(zhuǎn)動(dòng)雙頭螺母14，保證鏈條5處于張緊狀態(tài)。
[0022]所述二自由度圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架上端，包括橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和全局?jǐn)z像系統(tǒng);所述橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座24、橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器25、橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)26、主動(dòng)絲杠27、主動(dòng)鏈輪28、鏈條5、從動(dòng)絲杠6、從動(dòng)鏈輪4和絲杠底座3，橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器25與橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)26相連接，設(shè)置在橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座24上，橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座24設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架左側(cè)前方立柱上，主動(dòng)絲杠27—端與橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器25的輸出軸相連接，一端連接絲杠底座3，該絲杠底座3設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架右側(cè)前方立柱上，主動(dòng)鏈輪28設(shè)置在主動(dòng)絲杠27的前端，從動(dòng)絲杠6兩端分別與兩個(gè)絲杠底座3連接，兩個(gè)絲杠底座3分別設(shè)置在鋁合金結(jié)構(gòu)框架左右兩側(cè)后方的立柱上，從動(dòng)鏈輪4設(shè)置在從動(dòng)絲杠6的前端，鏈條5設(shè)置在主動(dòng)鏈輪28和從動(dòng)鏈輪4上。橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)26工作，主動(dòng)絲杠27和主動(dòng)鏈輪28轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)鏈輪28通過鏈條5帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪4，進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)絲杠6同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)支架座7和縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座17的同步左右運(yùn)動(dòng)。
[0023]所述縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器15、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)16、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座17、支架座7、長(zhǎng)圓桿11和絲杠12，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)16與縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器15相連接，設(shè)置在縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座17上，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座17與主動(dòng)絲杠27相連接，支架座7與從動(dòng)絲杠6相連接，絲杠12—端與縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器15輸出軸相連接，一端與支架座7相連接，長(zhǎng)圓桿11的兩端分別與縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座17和支架座7相連接。
[0024]所述全局?jǐn)z像系統(tǒng)包括全局?jǐn)z像機(jī)8、全局?jǐn)z像機(jī)支架9和全局?jǐn)z像機(jī)底座10，全局?jǐn)z像機(jī)8通過全局?jǐn)z像機(jī)支架9，與全局?jǐn)z像機(jī)底座10相連接，全局?jǐn)z像機(jī)底座10上有螺紋孔38和圓形通孔39，分別與絲杠12和長(zhǎng)圓桿11相配合?？v向驅(qū)動(dòng)電機(jī)16工作，絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)z像機(jī)底座10的前后運(yùn)動(dòng)，通過長(zhǎng)圓桿11，防止全局?jǐn)z像機(jī)底座10在工作過程中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，影響圖像采集的效果。
[0025]所述環(huán)形圖像采集系統(tǒng)包括扇形連接支架18、鋁合金型材1、環(huán)形攝像機(jī)23、環(huán)形攝像機(jī)支架29、環(huán)形攝像機(jī)底座30、滑塊31，扇形連接支架18上有方孔33，通過緊固螺栓34，將四個(gè)扇形連接支架18固定在鋁合金結(jié)構(gòu)框架四個(gè)立柱的鋁合金型材I上，四個(gè)扇形連接支架18之間通過鋁合金型材I相連接，形成一個(gè)閉環(huán)，扇形連接支架18和鋁合金型材I上有凹槽導(dǎo)軌32，環(huán)形攝像機(jī)23通過環(huán)形攝像機(jī)支架24和環(huán)形攝像機(jī)底座30相連接，滑塊31與環(huán)形攝像機(jī)底座30相連接，環(huán)形攝像機(jī)底座30利用滑塊31在凹槽導(dǎo)軌32中滑動(dòng)。根據(jù)靜態(tài)障礙物20的高度，可以人為的改變四個(gè)扇形連接支架18的高度位置，針對(duì)不同位置的靜態(tài)障礙物20，可以人為的推動(dòng)環(huán)形攝像機(jī)底座30，調(diào)整環(huán)形攝像機(jī)23的位置，以獲取最佳的視角，得到更高質(zhì)量的圖片數(shù)據(jù)。
[0026]所述通信系統(tǒng)包括上位機(jī)22、圖像數(shù)據(jù)采集卡40和無線路由器35，全局?jǐn)z像機(jī)8和環(huán)形攝像機(jī)23所采集的圖像數(shù)據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)采集卡40傳輸給上位機(jī)22，無線路由器35設(shè)置在移動(dòng)機(jī)器人21內(nèi)部，移動(dòng)機(jī)器人21通過無線路由器35與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
[0027]將本發(fā)明的基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃裝置用于進(jìn)行機(jī)器人路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，利用二自由度圖像采集系統(tǒng)來獲取全局圖像，通過橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，來調(diào)整全局?jǐn)z像機(jī)8的位置，以獲取不同位置的全局圖像，通過OPENCV軟件，利用圖像處理技術(shù)，進(jìn)行障礙物識(shí)別和圖像配準(zhǔn)，得到信息相對(duì)較為完整的全局圖像，該全局圖像能夠體現(xiàn)出靜態(tài)障礙物20的輪廓形狀，但是不能體現(xiàn)出靜態(tài)障礙物20的高度等信息。對(duì)于一般機(jī)器人的路徑規(guī)劃，獲取作業(yè)環(huán)境的全局圖像信息，就可以進(jìn)行路徑規(guī)劃，但對(duì)于有一定越障能力的機(jī)器人來說，一般的小的障礙沒有必要繞過，而是能夠直接越過。
[0028]進(jìn)一步利用環(huán)形圖像采集系統(tǒng)采集作業(yè)環(huán)境中各個(gè)角度的側(cè)面圖像，進(jìn)而能夠獲取靜態(tài)障礙物20的高度等信息。通過OPENCV軟件，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，將環(huán)形圖像采集系統(tǒng)得到的側(cè)面數(shù)字圖片信息，與全局圖像信息進(jìn)行整合，得到最終圖像。最后將得到最終圖像進(jìn)行二值化處理，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人21能夠越過的靜態(tài)障礙物20及空白地，用O表示，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人21無法越過的靜態(tài)障礙物20用I表示，得到最終的“0-1”全局圖像，即柵格圖。然后通過MATLAB軟件，利用智能算法，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人21的路徑進(jìn)行規(guī)劃，最后將路徑規(guī)劃的結(jié)果傳遞給移動(dòng)機(jī)器人21，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人21的自主導(dǎo)航。由于在路徑規(guī)劃過程中，一般將移動(dòng)機(jī)器人21理想化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，忽略了移動(dòng)機(jī)器人21的形狀和體積，同時(shí)移動(dòng)機(jī)器人21在行進(jìn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)新的動(dòng)態(tài)障礙物，故在移動(dòng)機(jī)器人21安裝有紅外避障傳感器37和雙目攝像機(jī)36，在突發(fā)情況下，對(duì)先前的路徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，防止移?dòng)機(jī)器人21碰撞至IJ靜態(tài)障礙物20和可能出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)障礙物，快速順利的到達(dá)終點(diǎn)。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于:在移動(dòng)機(jī)器人(21)和其周圍的靜態(tài)障礙物(20)所共同形成的區(qū)域的上方設(shè)置環(huán)形圖像采集系統(tǒng)和二自由度圖像采集系統(tǒng);二自由度圖像采集系統(tǒng)的攝像頭在平行于移動(dòng)機(jī)器人(21)所在平面內(nèi)邊移動(dòng)邊對(duì)準(zhǔn)所述區(qū)域從上至下進(jìn)行攝像獲得全局圖像;環(huán)形圖像采集系統(tǒng)的攝像頭圍繞移動(dòng)機(jī)器人(21)和其周圍的靜態(tài)障礙物(20)所共同形成的區(qū)域的外圍邊繞圈邊對(duì)所述區(qū)域從區(qū)域外向區(qū)域內(nèi)進(jìn)行攝像獲得側(cè)面圖像;環(huán)形圖像采集系統(tǒng)和二自由度圖像采集系統(tǒng)將采集到的圖像分別發(fā)送到上位機(jī)(22)中，上位機(jī)(22)利用OPENCV軟件對(duì)全局圖像進(jìn)行障礙物識(shí)別和圖像配準(zhǔn)處理，再將處理后的全局圖像與側(cè)面圖像進(jìn)行整合獲得具有靜態(tài)障礙物高度信息的最終圖像，按照移動(dòng)機(jī)器人(21)能否越過為標(biāo)準(zhǔn)將得到最終圖像進(jìn)行二值化處理，形成的“0-1”全局圖像的柵格圖，最后通過MATLAB軟件對(duì)移動(dòng)機(jī)器人(21)的路徑進(jìn)行規(guī)劃并將規(guī)劃結(jié)果傳遞給移動(dòng)機(jī)器人(21)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法的裝置，其特征在于:在移動(dòng)機(jī)器人(21)和其周圍的靜態(tài)障礙物(20)所共同形成的區(qū)域上方設(shè)置有長(zhǎng)方體的框架結(jié)構(gòu)，所述二自由度圖像采集系統(tǒng)設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)的頂端，且包括橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和全局?jǐn)z像系統(tǒng)； 所述橫向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在框架頂端的水平的一副對(duì)邊上，包括橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)(26)、橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器(25)、主動(dòng)絲杠(27)和從動(dòng)絲杠(6)，主動(dòng)絲杠(27)平行設(shè)置在其中一個(gè)邊上，從動(dòng)絲杠(6)與主動(dòng)絲杠(27)處于同一平面且相互平行地設(shè)置在另一個(gè)邊上，橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)(26)通過橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器(25)與主動(dòng)絲杠(27)的一端相連接，主動(dòng)絲杠(27)的另一端通過絲杠底座(3)固定在框架上，從動(dòng)絲杠(6)的兩端均通過絲杠底座(3)固定在框架上，主動(dòng)絲杠(27)和從動(dòng)絲杠(6)上分別設(shè)置有主動(dòng)鏈輪(28)和從動(dòng)鏈輪(4)，主動(dòng)鏈輪(28)和從動(dòng)鏈輪(4)之間通過鏈條(5)連接； 所述縱向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器(15)、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)(I6)、縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座(17)、絲杠(12)和長(zhǎng)圓桿(11)，所述絲杠(12)水平且與主動(dòng)絲杠(6)垂直設(shè)置，所述縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)固定在縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座(17)上，所述縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座(17)與主動(dòng)絲杠(27)相配合，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16)通過縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器(15)與絲杠(12) —端連接，絲杠(12)的另一端與支架座(7)相連接，所述支架座(7)與從動(dòng)絲杠(6)相配合； 所述全局?jǐn)z像系統(tǒng)包括全局?jǐn)z像機(jī)(8)、全局?jǐn)z像機(jī)支架(9)和全局?jǐn)z像機(jī)底座(10)，所述全局?jǐn)z像機(jī)(8)通過全局?jǐn)z像機(jī)支架(9)與全局?jǐn)z像機(jī)底座(10)相連接，全局?jǐn)z像機(jī)底座(10)與絲杠(12)配合且全局?jǐn)z像機(jī)底座(10)上有圓形通孔(39)，所述長(zhǎng)圓桿(11)穿過圓形通孔(39)且一端連接到縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)底座(17)另一端連接到支架座(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法的裝置，其特征在于:所述環(huán)形圖像采集系統(tǒng)包括環(huán)形軌道、環(huán)形攝像機(jī)(23)、環(huán)形攝像機(jī)支架(29)、環(huán)形攝像機(jī)底座(30)和滑塊(31);所述環(huán)形軌道固定在框架結(jié)構(gòu)上且成水平擺放;所述環(huán)形軌道上設(shè)置有凹槽導(dǎo)軌(32)，所述環(huán)形攝像機(jī)(23)通過環(huán)形攝像機(jī)支架(24)和環(huán)形攝像機(jī)底座(30)相連接，所述環(huán)形攝像機(jī)底座(30)進(jìn)而通過滑塊(31)與環(huán)形軌道上的凹槽導(dǎo)軌(32)相配合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圖像視覺的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法的裝置，其特征在于:所述環(huán)形圖像采集系統(tǒng)和二自由度圖像采集系統(tǒng)所采集的圖像數(shù)據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)采集卡(40)傳輸給上位機(jī)(22)，所述移動(dòng)機(jī)器人(21)內(nèi)部設(shè)置有無線路由器(35)，移動(dòng)機(jī)器人(21)通過無線路由器(35)與上位機(jī)(22)進(jìn)行通信。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK105955279SQ201610567780
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月18日
【發(fā)明人】朱華, 李鵬, 趙勇, 李猛鋼, 李雨潭
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)