專利名稱：一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機器人視覺導航領域，特別涉及一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)。
背景技術：
隨著計算機技術和傳感技術的 發(fā)展，移動機器人平臺的研究得到廣泛關注。近年來，自主移動機器人在エ業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學及社會服務業(yè)等領域得到越來越多的重視，成為了機器人學術界研究的熱點問題。在自主移動機器人的研究中，導航方法的研究是核心問題。目前的導航與定位系統(tǒng)多采用高精度全球導航定位系統(tǒng)GPS與慣性導航系統(tǒng)的組合式導航定位系統(tǒng)，雖然其定位精度高(亞米級甚至更高)、靈活性強，但由于其實現(xiàn)困難，成本極其昂貴，普及應用受到了一定的限制。為此提出ー種新型的現(xiàn)場適應能力強(如變電站強電磁干擾條件)、低成本、高定位精度的導航控制系統(tǒng)成為目前面臨的ー項技術難題。
發(fā)明內容本實用新型為解決上述問題，提供了一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)。本實用新型的技術方案為該移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)由上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)以及測距系統(tǒng)組成，各部分的連接關系為上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過TCP/IP網ロ與外設的測距系統(tǒng)連接；通過第一RS232串ロ與外設的圖像采集系統(tǒng)連接；通過第二 RS232串ロ與單片機最小系統(tǒng)連接，單片機最小系統(tǒng)的輸出接ロ與電機驅動電路的輸入端連接，電機驅動電路的輸出端與左右輪直流電機的輸入端連接。所述圖像采集系統(tǒng)采用電荷耦合器件CXD全固件攝像機，還包括與所述電荷耦合器件CXD全固件攝像機連接的圖像采集卡。采樣信號包括對機器人周圍環(huán)境的圖像采集，這里主要針對機器人附近各參考電氣固件的圖像采集。所述測距系統(tǒng)采用LMS系列多點全向高速激光雷達測距儀，采樣信號包括機器人與周圍道路兩側各參考電氣固件的距離值(精確到_級)，各采樣點的掃描間隔(用于計算角度)。所述上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)主要采用基于LABVIEW的數(shù)據采用與處理平臺，通過對CCD攝像機圖像采集系統(tǒng)及LMS系列高速激光掃描測距系統(tǒng)采集數(shù)據的分時處理與編程，實現(xiàn)機器人行走控制量的實時計算與輸出。所述單片機最小系統(tǒng)采用AVR ATMEGA644單片機，接收上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過軟件算法得到的左右輪直流電機的電壓輸出數(shù)字量。本實用新型的有益效果為本導航控制系統(tǒng)定位精度高，可以達到亞米級(IOcm左右)，成本較低，實現(xiàn)容易，運行穩(wěn)定，能夠有效應用于變電站等強電磁干擾的環(huán)境下。
圖I為所述導航控制系統(tǒng)的結構框圖；圖2為所述導航控制系統(tǒng)的工作原理圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)，
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進ー步說明。該導航控制系統(tǒng)的結構如圖I所示，上位機數(shù) 據處理與控制系統(tǒng)通過TCP/IP網ロ與外設的測距系統(tǒng)連接；通過第一 RS232串ロ與外設的圖像采集系統(tǒng)連接；通過第二 RS232串ロ與單片機最小系統(tǒng)連接，單片機最小系統(tǒng)的輸出接ロ與電機驅動電路的輸入端連接，電機驅動電路的輸出端與左右輪直流電機的輸入端連接。所述圖像采集系統(tǒng)采用電荷耦合器件CXD全固件攝像機，還包括與所述電荷耦合器件CXD全固件攝像機連接的圖像采集卡，采樣信號包括對機器人周圍環(huán)境的圖像采集，這里主要針對機器人附近各參考電氣固件的圖像采集。測距系統(tǒng)采用LMS系列多點全向高速激光雷達測距儀，采樣信號包括機器人與周圍道路兩側各參考電氣固件的距離值(精確到mm級)，各采樣點的掃描間隔(用于計算角度)。上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)主要采用基于LABVIEW的數(shù)據采用與處理平臺，通過對CXD攝像機圖像采集系統(tǒng)及LMS系列多點全向高速激光雷達測距儀采集數(shù)據的分時處理與編程，實現(xiàn)機器人行走控制量的實時計算與輸出。單片機最小系統(tǒng)采用AVR ATMEGA644單片機，接收上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過軟件算法得到的左右輪直流電機的電壓輸出數(shù)字量。其中CXD圖像采集系統(tǒng)主要由光學物鏡、C⑶攝像機、圖像采集卡、輸入輸出接ロ線等組成。導航控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，主要基于軟件算法實現(xiàn)。上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過對圖像采集系統(tǒng)采集到的機器人周邊環(huán)境圖像的處理與編程，可以有效地提取機器人周邊道路兩側參考電氣固件的圖像特征量，然后從事先建立的變電站參考電氣固件圖像特征數(shù)據庫(機器人事先通過圖像特征提取的方式建立各參考電氣固件的圖像特征數(shù)據庫)中尋找與這些特征量相匹配的參考電氣固件標號，而這些不同標號的參考電氣固件的實際地理坐標已由電子地圖給定，即機器人通過圖像識別技術可以有效地確定其道路兩側參考電氣固件實際的地理坐標。同時上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過測距系統(tǒng)將包含機器人與周圍參考電氣固件的各距離值及各距離值之間的掃描間隔(每兩個掃描點之間的角度差固定)等數(shù)據信息采集進來，通過篩選得到機器人與其周圍給定參考電氣固件的距離值，這樣根據參考電氣固件的實際地理坐標及與各參考電氣固件的距離值，可以有效地計算出機器人當前的定位坐標，而通過這些距離值對應的偏角值可以快速地計算出機器人當前的航向角，也就得到了機器人正常行走所需的兩個控制量，即定位坐標與航向角。
權利要求1.一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)，由上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)以及測距系統(tǒng)組成，其特征在于 各部分的連接關系為 上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過TCP/IP網口與外設的測距系統(tǒng)連接；通過第一 RS232串口與外設的圖像采集系統(tǒng)連接；通過第二 RS232串口與單片機最小系統(tǒng)連接，單片機最小系統(tǒng)的輸出接口與電機驅動電路的輸入端連接，電機驅動電路的輸出端與左右輪直流電機的輸入端連接。
2.根據權利要求I所述的一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)，其特征在于所述圖像采集系統(tǒng)采用電荷耦合器件CCD全固件攝像機，還包括與所述電荷耦合器件CCD全固件攝像機連接的圖像采集卡。
3.根據權利要求I所述的一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)，其特征在于所述測距系統(tǒng)采用LMS系列多點全向高速激光雷達測距儀。
4.根據權利要求I所述的一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)，其特征在于所述單片機最小系統(tǒng)采用AVR ATMEGA644單片機。
專利摘要一種移動機器人視覺導航控制系統(tǒng)屬于機器人視覺導航領域。該導航控制系統(tǒng)由上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)以及測距系統(tǒng)組成，上位機數(shù)據處理與控制系統(tǒng)通過TCP/IP網口與測距系統(tǒng)連接；通過第一RS232串口與圖像采集系統(tǒng)連接；通過第二RS232串口與單片機最小系統(tǒng)連接，單片機最小系統(tǒng)與電機驅動電路連接，電機驅動電路的輸出端與左右輪直流電機的輸入端連接。本實用新型主要面向電磁干擾強烈的變電站現(xiàn)場環(huán)境，激光雷達測距系統(tǒng)可以有效地根據圖像采集系統(tǒng)識別的陣地環(huán)境進行快速定位，并實時在線計算機器人當前的導航角，解決了變電站強電磁干擾條件下電子羅盤失效等問題，并且定位精度及導航角精度高、現(xiàn)場應用及穩(wěn)定性強、成本低、經濟實用。
文檔編號G05B19/418GK202443324SQ20122008874
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權日2012年3月9日
發(fā)明者余弦, 張學龍, 朱耀春, 李大偉, 李曉, 王艷萍, 許偉, 賈鵬飛, 郝世昱, 雷少博 申請人:華北電力大學