多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺及其視覺分割和定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺及其視覺分割和定位方法。所述協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺由全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)和多個(gè)機(jī)構(gòu)相同的移動機(jī)器人組成；其中全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)由門形支撐、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡和監(jiān)控主機(jī)組成；CCD攝像機(jī)安裝于門形支撐上并與移動機(jī)器人對應(yīng)設(shè)置，CCD攝像機(jī)通過視頻線與安裝在監(jiān)控主機(jī)PCI插槽內(nèi)的圖像采集卡相連。所述視覺分割方法結(jié)合幀差法和光流法進(jìn)行障礙物分割。所述視覺定位方法基于色標(biāo)板進(jìn)行閾值分割來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不僅能滿足多移動機(jī)器人系統(tǒng)中編隊(duì)控制、目標(biāo)探索、任務(wù)分配和路徑規(guī)劃等協(xié)作技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而且具有成本低和搭建迅速的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺及其視覺分割和定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多移動機(jī)器人系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及到多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺的構(gòu)建，尤其涉及到實(shí)驗(yàn)平臺中基于視覺的環(huán)境分割和機(jī)器人定位方法的實(shí)現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，機(jī)器人所面對的環(huán)境越來越復(fù)雜，任務(wù)種類越來越多樣化，任務(wù)復(fù)雜程度也越來越高，單機(jī)器人對此已經(jīng)不堪重負(fù)，而多機(jī)器人系統(tǒng)的內(nèi)在并行性、功能疊加性，使得其具有更高的任務(wù)執(zhí)行能力和執(zhí)行效率，系統(tǒng)的魯棒性也更好。因此，多機(jī)器人系統(tǒng)目前已經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和趨勢。多機(jī)器人系統(tǒng)研究所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括:編隊(duì)控制、目標(biāo)探索、目標(biāo)圍捕、任務(wù)分配和路徑規(guī)劃等，為了提高所研究關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效率和可靠性，降低運(yùn)行成本，往往需要事先對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行理論驗(yàn)證，而目前更多的是通過仿真來實(shí)現(xiàn)，但仿真環(huán)境過于理想化，與實(shí)際相差較多，因此發(fā)明一種多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺有助于推動多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
[0003]專利號為“ZL201220043533.4”的專利文獻(xiàn)公開了“一種全景攝像頭的移動機(jī)器人傳感器實(shí)驗(yàn)平臺”技術(shù)。該實(shí)驗(yàn)平臺主要是針對單移動機(jī)器人的傳感器測試，且采用車載視覺，而非本申請發(fā)明中的全局視覺，機(jī)器人所獲得的視覺信息也只能是局部環(huán)境信息。該平臺并不能滿足多移動機(jī)器人的系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)。
[0004]專利號為“ZL201220084942.9”的專利文獻(xiàn)公開了 “基于ZigBee無線控制移動機(jī)器人平臺”技術(shù)。該平臺雖然適用于環(huán)境探測、群體監(jiān)控、群體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)，但移動機(jī)器人運(yùn)動控制的實(shí)現(xiàn)，主要是通過手動遙控來實(shí)現(xiàn)，而這不能滿足多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作中的自主性要求，因此該裝置也不能作為多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作的實(shí)驗(yàn)平臺。
[0005]專利號為“ZL00816243.3”公布了一種自主多平臺機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)至少需要一個(gè)采用車載視覺的導(dǎo)航機(jī)器人，該機(jī)器人負(fù)責(zé)自身及其它功能機(jī)器人的定位、計(jì)劃和控制，由此可以看出，整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)完全依賴于該導(dǎo)航機(jī)器人。一方面，當(dāng)導(dǎo)航機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)會陷入癱瘓；另一方面，各功能機(jī)器人由于受導(dǎo)航機(jī)器人的控制，則他們也無法真正意義上實(shí)現(xiàn)自身的自主性，因此，這種平臺同樣不適合多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)作實(shí)驗(yàn)。
[0006]專利號為“ZL201010572035.4”公布了一種自主移動機(jī)器人平臺。內(nèi)容涉及到了機(jī)器人身上攜帶環(huán)境感知系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、平臺控制系統(tǒng)等，但該平臺對象仍然是單機(jī)器人，若要基于其進(jìn)行多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作的實(shí)驗(yàn)平臺搭建，還需要解決多機(jī)器人之間的信息共享、機(jī)器人之間的各自定位等。
[0007]專利號為“200720011967.5”公布了一種色標(biāo)標(biāo)示足球機(jī)器人。為了區(qū)別對抗組機(jī)器人，該專利設(shè)計(jì)了一種含色標(biāo)分隔凸線的方形色標(biāo)板，這比較適合于區(qū)別不同組的機(jī)器人，但是無法基于視覺實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確定位。
[0008]綜上所述，相比起單移動機(jī)器人而言，多移動機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行能力更強(qiáng)、任務(wù)執(zhí)行效率更高，而這又取決于多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)作技術(shù)。為了提高多機(jī)器人協(xié)作技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效率和應(yīng)用效果，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，事先開展相關(guān)協(xié)作技術(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是必不可少的，這就需要一種適合多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作的實(shí)驗(yàn)平臺。從已有的專利來看，目前現(xiàn)有機(jī)器人平臺主要以單移動機(jī)器人為主，若依靠多個(gè)該類機(jī)器人組成多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺，還需要解決多機(jī)器人之間的通信、環(huán)境地圖的構(gòu)建、機(jī)器人的定位等相關(guān)技術(shù)，因此現(xiàn)有移動機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)平臺都不能滿足多移動機(jī)器人的系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于為解決多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作的實(shí)驗(yàn)需要而構(gòu)建一種集控式平臺，進(jìn)而提供實(shí)驗(yàn)平臺中基于視覺的環(huán)境分割和機(jī)器人定位方法。
[0010]本發(fā)明的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺，由全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)和多個(gè)機(jī)構(gòu)相同的移動機(jī)器人組成；其中全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)由門形支撐、CXD攝像機(jī)、圖像采集卡和監(jiān)控主機(jī)組成；(XD攝像機(jī)安裝于門形支撐上并與移動機(jī)器人對應(yīng)設(shè)置，CXD攝像機(jī)通過視頻線與安裝在監(jiān)控主機(jī)PCI插槽內(nèi)的圖像采集卡相連。
[0011]所述全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)的門形支撐包括底座、豎直下支撐管、兩通緊固件、豎直上支撐管、L型連接件、橫支撐管和攝像機(jī)支架；底座由底板通過螺釘與T型支撐管相連構(gòu)成，豎直下支撐管的一端插在T型支撐管里；兩通緊固件由上螺帽、兩端中空螺紋管和下螺帽組成，豎直上支撐管的一端依次通過上螺帽、兩端中空螺紋管和下螺帽插在豎直下支撐管的另一端里面；橫支撐管通過L型連接件與豎直上支撐管固定；攝像機(jī)支架設(shè)置于橫支撐管上。
[0012]所述的攝像機(jī)支架由馬鞍卡、螺栓、托盤和T型萬向支架組成；(XD攝像機(jī)通過緊固螺釘與T型萬向支架相連，T型萬向支架的底盤通過螺栓與托盤相連，托盤再通過螺栓與跨在橫支撐管上的馬鞍卡相連；通過馬鞍卡實(shí)現(xiàn)CCD攝像機(jī)繞著橫支撐管旋轉(zhuǎn)。
[0013]所述的移動機(jī)器人由三層組成，由上至下依次為:色標(biāo)板、控制層和底層；色標(biāo)板由基板、主色標(biāo)和三個(gè)輔色標(biāo)組成，基板的顏色為固定黑色；位于基板中心的主色標(biāo)的顏色是固定藍(lán)色；三個(gè)輔色標(biāo)的顏色為黃色和紅色，不同移動機(jī)器人用三個(gè)輔色標(biāo)的不同顏色組合來區(qū)分；
[0014]所述的控制層以控制電路板為基礎(chǔ)，在控制電路板上通過單排座連有五個(gè)超聲波測距傳感器和無線接收模塊，五個(gè)超聲波測距傳感器以夾角30°均衡布置在機(jī)器人前方；
[0015]所述的底層以機(jī)器人底板為基礎(chǔ)并通過左碼盤輪、右碼盤輪和萬向輪支撐；所述左碼盤輪和右碼盤輪對稱設(shè)置并且結(jié)構(gòu)相同，其中左碼盤輪與左輪直流電機(jī)相連，左輪直流電機(jī)通過電機(jī)卡帽、左輪碼盤測速模塊和螺栓固定在機(jī)器人底板上，左碼盤輪和左輪碼盤測速模塊配合進(jìn)行測速；右碼盤輪與右輪直流電機(jī)相連，并與右輪碼盤測速模塊配合測速；機(jī)器人底板上以夾角45°布置三個(gè)紅外測距傳感器。
[0016]多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺的環(huán)境視覺分割方法采用如下步驟:
[0017](I)利用CCD攝像機(jī)獲取無任何物體的初始時(shí)刻背景圖像Ib (O)；
[0018](2)采集t時(shí)刻圖像I⑴，計(jì)算該幀圖像的差分圖像Id(t):Id(t)=I(t) -1b(O)；
[0019](3)對差分圖像Id(t)進(jìn)行閾值分割，得到含障礙物信息的二值分割圖像；
[0020](4)對分割圖像進(jìn)行閉運(yùn)算處理，目的是消除障礙物區(qū)域的孔洞，以及平滑障礙物的邊界；
[0021](5)對閉運(yùn)算后圖像進(jìn)行均值濾波，去除圖像噪聲，獲得精確障礙物區(qū)域，實(shí)現(xiàn)t時(shí)刻的障礙物分割，即環(huán)境分割；
[0022](6)根據(jù)環(huán)境分割從圖像I (t)中剔除精確障礙物區(qū)域，得到t時(shí)刻的背景圖像Ib⑴;
[0023](7)根據(jù)t時(shí)刻的背景圖像Ib (t)與初始背景圖像Ib(O)，通過光流法估算背景運(yùn)動速度場，對背景圖像Ib(O)進(jìn)行補(bǔ)償校正和更新；
[0024](8)返回到步驟⑵。
[0025]多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺的機(jī)器人視覺定位方法采用如下步驟:
[0026]I)利用CXD攝像機(jī)獲取移動機(jī)器人運(yùn)動空間的RGB彩色圖像；
[0027]2)將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV空間，獲取像素的色度信息——U, V分量；
[0028]3)基于U分量對色標(biāo)板中主色標(biāo)和黃色的輔色標(biāo)進(jìn)行閾值分割；
[0029]4)基于V分量對色標(biāo)板中紅色的輔色標(biāo)進(jìn)行閾值分割；
[0030]5)搜索分割后三色色標(biāo)的連通域，獲得各色標(biāo)的中心坐標(biāo)；
[0031]6)根據(jù)各色標(biāo)的中心坐標(biāo)即可得到色標(biāo)板的坐標(biāo)和方向角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的視覺定位。
[0032]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0033]根據(jù)多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作的實(shí)驗(yàn)需要，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種集控式實(shí)驗(yàn)平臺。針對多機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作中的環(huán)境分割及機(jī)器人定位需要，本發(fā)明還提供了實(shí)驗(yàn)平臺中基于視覺的分割和定位方法。環(huán)境分割流程中基于幀差法的障礙物區(qū)域提取，與現(xiàn)有常用邊界分割方法相比，具有計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性好和抗噪聲能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，滿足了多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和魯棒性要求。而基于光流法的背景圖像實(shí)時(shí)更新，使環(huán)境分割更具有自適應(yīng)性，提高了實(shí)時(shí)分割的穩(wěn)定性。在機(jī)器人視覺定位中，平臺采用的全局視覺比車載局部視覺更容易精確地提供機(jī)器人環(huán)境地圖，而所設(shè)計(jì)的機(jī)器人色標(biāo)板簡單實(shí)用，提高了視覺分割速度。在機(jī)器人視覺定位流程中，基于YUV空間的U，V色度分量進(jìn)行機(jī)器人色標(biāo)分割，可以增強(qiáng)對環(huán)境光照變化干擾的抑制力，從而提高機(jī)器人定位精度。
[0034]總之，該實(shí)驗(yàn)平臺不僅可以滿足多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作技術(shù)，比如編隊(duì)控制、目標(biāo)探索、目標(biāo)圍捕、任務(wù)分配和路徑規(guī)劃等的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需要，而且還具有成本低、搭建迅速和實(shí)驗(yàn)精確的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1:多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺示意圖；
[0036]圖2:底座結(jié)構(gòu)圖；
[0037]圖3:兩通緊固件結(jié)構(gòu)圖；
[0038]圖4:攝像機(jī)支架結(jié)構(gòu)圖；
[0039]圖5:移動機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖；
[0040]圖6:機(jī)器人色標(biāo)板示意圖；
[0041]圖7:機(jī)器人中間控制層結(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖8:機(jī)器人底盤結(jié)構(gòu)圖；[0043]圖9:機(jī)器人控制系統(tǒng)組成示意圖；
[0044]圖10:環(huán)境視覺分割方法流程圖；
[0045]圖11:機(jī)器人視覺定位方法流程圖。
[0046]圖中1.底座，2.豎直下支撐管，3.兩通緊固件，4.豎直上支撐管，5.L型連接件，6.橫支撐管，7.攝像機(jī)支架，8.C⑶攝像機(jī)，9.圖像采集卡，10.監(jiān)控主機(jī)，11.NRF905無線發(fā)送模塊，12.移動機(jī)器人，13.底板，14.螺釘，15.T型支撐管，16.下螺帽，17.兩端中空螺紋管，18.上螺帽，19.馬鞍卡，20.螺栓，21.托盤，22.T型萬向支架，23.緊固螺釘，24.T型萬向支架的底盤，25.螺栓，26.色標(biāo)板，27.控制層，28.底層，29.基板，30.輔色標(biāo)，31.主色標(biāo)，32.NRF905無線接收模塊，33.超聲波測距傳感器，34.控制電路板，35.機(jī)器人底板，36.萬向輪，37.左碼盤輪，38.右碼盤輪，39.左輪直流電機(jī)，40.電機(jī)卡帽，41.螺栓，42.右輪直流電機(jī)，43.左輪碼盤測速模塊，44.右輪碼盤測速模塊，45.紅外測距傳感器，46.微處理器，47.左輪電機(jī)驅(qū)動模塊，48.右輪電機(jī)驅(qū)動模塊，49.電子羅盤傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺及其視覺分割和定位方法進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0048]多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺由全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)和多移動機(jī)器人組成。
[0049]如圖1所示，CXD攝像機(jī)8通過攝像機(jī)支架7安裝在門形支撐的橫支撐管6上，CXD攝像機(jī)8通過視頻線與圖像采集卡9相連，圖像采集卡9安裝在監(jiān)控主機(jī)10的PCI插槽內(nèi)。門形支撐的橫支撐管6通過L型連接件5與豎直上支撐管4相連，豎直上支撐管4再通過兩通緊固件3插在豎直下支撐管2中，豎直下支撐管2插在底座I里面。CXD攝像機(jī)8的高低調(diào)節(jié)可以通過兩通緊固件3調(diào)節(jié)豎直上支撐管4在豎直下支撐管2里的長度來實(shí)現(xiàn)。
[0050]如圖1和2所示，底座I由底板13通過螺釘14與T型支撐管15相連，豎直下支撐管2插在T型支撐管里。
[0051]如圖1和3所示，兩通緊固件3由上螺帽18、兩端中空螺紋管17和下螺帽16組成。兩端中空螺紋管17插在豎直下支撐管2上，通過下螺帽16進(jìn)行兩者緊固，豎直上支撐管4通過上螺帽18、兩端中空螺紋管17插在豎直下支撐管2上面，并且依靠上螺帽18擰緊兩端中空螺紋管17來固定。橫支撐管6通過L型連接件5與豎直上支撐管4固定。
[0052]如圖1和4所示，CXD攝像機(jī)8通過緊固螺釘23與T型萬向支架22相連，T型萬向支架的底盤24通過螺栓25與托盤21相連，托盤21再通過螺栓20與跨在橫支撐管6上的馬鞍卡19相連。通過馬鞍卡19可以實(shí)現(xiàn)CXD攝像機(jī)8繞著橫支撐管6旋轉(zhuǎn)。
[0053]移動機(jī)器人12由三層組成。如圖5所示，上面為色標(biāo)板26，中間為控制層27，下面為底層28。
[0054]如圖6所示，色標(biāo)板26由基板29、主色標(biāo)31和三個(gè)輔色標(biāo)30組成?；?9的顏色為固定黑色；位于色標(biāo)板26中心的主色標(biāo)31的顏色是固定藍(lán)色；三個(gè)輔色標(biāo)30的顏色可選擇為黃色和紅色。不同移動機(jī)器人可以用三個(gè)輔色標(biāo)30的不同顏色組合來區(qū)分。
[0055]如圖5和7所示，移動機(jī)器人12的中間控制層27以控制電路板34為基礎(chǔ)，通過單排座連有五個(gè)超聲波測距傳感器33和NRF905無線接收模塊32等。五個(gè)超聲波測距傳感器以夾角30°均衡布置在機(jī)器人前方。[0056]如圖5和8所示，移動機(jī)器人12的底層28以機(jī)器人底板35為基礎(chǔ)，通過左碼盤輪37、右碼盤輪38和萬向輪36支撐。左碼盤輪37與左輪直流電機(jī)39相連，左輪直流電機(jī)39通過電機(jī)卡帽40、左輪碼盤測速模塊43和螺栓41固定在機(jī)器人底板35上。左碼盤輪37和左輪碼盤測速模塊43配合進(jìn)行測速。右碼盤輪38與右輪直流電機(jī)42相連，并與右輪碼盤測速模塊44配合測速。三個(gè)紅外測距傳感器45以夾角45°布置在機(jī)器人底板35上。
[0057]如圖1、5和9所示，移動機(jī)器人12的控制系統(tǒng)組成如下:以微處理器46為核心，超聲波測距傳感器33和紅外測距傳感器45分別與微處理器46相連，通過數(shù)據(jù)融合來進(jìn)行移動機(jī)器人12的周圍近距離障礙物檢測；電子羅盤傳感器49與微處理器46相連用以記錄移動機(jī)器人12的運(yùn)動方向；NRF905無線接收模塊32通過SPI串口與微處理器46相連，并通過與監(jiān)控主機(jī)10相連的NRF905無線發(fā)送模塊11進(jìn)行無線通信，用來接收來自監(jiān)控主機(jī)10的控制命令，以及將機(jī)器人自身的檢測信息發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)10。微處理器46通過左輪電機(jī)驅(qū)動模塊47來驅(qū)動與控制左輪直流電機(jī)39 ;同樣，微處理器46通過右輪電機(jī)驅(qū)動模塊48來驅(qū)動與控制右輪直流電機(jī)42。移動機(jī)器人12通過左碼盤輪37和右碼盤輪38組成差動連接方式。左輪碼盤測速模塊43與左碼盤輪37配合進(jìn)行左輪轉(zhuǎn)速測量；同樣，右輪碼盤測速模塊44與右碼盤輪38配合進(jìn)行右輪轉(zhuǎn)速測量。
[0058]為了完成基于所發(fā)明實(shí)驗(yàn)平臺的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)，還需要進(jìn)行環(huán)境分割以及機(jī)器人定位。
[0059]如圖10所示，本發(fā)明基于視覺的環(huán)境分割方法采用如下步驟:
[0060](I)利用CXD攝像機(jī)8獲取無任何物體的初始時(shí)刻背景圖像Ib (O)；
[0061](2)采集t時(shí)刻圖像I⑴，計(jì)算該幀圖像的差分圖像Id(t):Id(t)=I(t) -1b(O)；
[0062](3)對差分圖像Id(t)進(jìn)行閾值分割，得到含障礙物信息的二值分割圖像；
[0063](4)對分割圖像進(jìn)行閉運(yùn)算處理，目的是消除障礙物區(qū)域的孔洞，以及平滑障礙物的邊界；
[0064](5)對閉運(yùn)算后圖像進(jìn)行均值濾波，去除圖像噪聲，獲得精確障礙物區(qū)域，實(shí)現(xiàn)t時(shí)刻的障礙物分割，即環(huán)境分割；
[0065](6)從圖像I⑴中剔除精確障礙物區(qū)域，得到t時(shí)刻的背景圖像Ib (t)；
[0066](7)根據(jù)t時(shí)刻的背景圖像Ib(t)與初始背景圖像Ib(O)，通過光流法估算背景運(yùn)動速度場，對背景圖像Ib(O)進(jìn)行補(bǔ)償校正和更新；
[0067](8)返回到步驟⑵。
[0068]如圖11所示，本發(fā)明的基于視覺的機(jī)器人定位方法采用如下步驟:
[0069](I)利用全局CXD攝像機(jī)8獲取移動機(jī)器人12運(yùn)動空間的RGB彩色圖像；
[0070](2)將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV空間，獲取像素的色度信息——U, V分量；
[0071](3)基于U分量對色標(biāo)板26中藍(lán)色主色標(biāo)31和黃色輔色標(biāo)30進(jìn)行閾值分割；
[0072](4)基于V分量對色標(biāo)板26中紅色輔色標(biāo)30進(jìn)行閾值分割；
[0073](5)搜索分割后三色色標(biāo)的連通域，獲得各色標(biāo)的中心坐標(biāo)；
[0074](6)根據(jù)各色標(biāo)的中心坐標(biāo)即可得到色標(biāo)板26的坐標(biāo)和方向角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人12的視覺定位。
【權(quán)利要求】
1.一種多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于:由全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)和多個(gè)機(jī)構(gòu)相同的移動機(jī)器人(12)組成；其中全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)包括門形支撐、CXD攝像機(jī)(8)、圖像采集卡(9)和監(jiān)控主機(jī)(10)組成；(XD攝像機(jī)(8)安裝于門形支撐上并與移動機(jī)器人(12)對應(yīng)設(shè)置，CXD攝像機(jī)(8 )通過視頻線與安裝在監(jiān)控主機(jī)(10 ) PCI插槽內(nèi)的圖像采集卡(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于所述全局視覺監(jiān)測系統(tǒng)的門形支撐包括底座(1)、豎直下支撐管(2)、兩通緊固件(3)、豎直上支撐管(4)、L型連接件(5)、橫支撐管(6)和攝像機(jī)支架(7);底座(1)由底板(13)通過螺釘(14)與T型支撐管(15)相連構(gòu)成，豎直下支撐管(2)的一端插在T型支撐管(15)里；兩通緊固件(3)由上螺帽(18)、兩端中空螺紋管(17)和下螺帽(16)組成，豎直上支撐管(4)的一端依次通過上螺帽(18)、兩端中空螺紋管(17)和下螺帽(16)插在豎直下支撐管(2)的另一端里面；橫支撐管(6 )通過L型連接件(5 )與豎直上支撐管(4 )固定；攝像機(jī)支架(7 )設(shè)置于橫支撐管(6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于所述的攝像機(jī)支架(7)由馬鞍卡(19)、螺栓(25)、托盤(21)和T型萬向支架(22)組成；(XD攝像機(jī)(8)通過緊固螺釘(23)與T型萬向支架(22)相連，T型萬向支架的底盤(24)通過螺栓(25)與托盤(21)相連，托盤(21)再通過螺栓(20)與跨在橫支撐管(6)上的馬鞍卡(19)相連；通過馬鞍卡(19)實(shí)現(xiàn)CCD攝像機(jī)(8)繞著橫支撐管(6)旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于所述的移動機(jī)器人(12)由三層組成，由上至下依次為:色標(biāo)板(26)、控制層(27)和底層(28);色標(biāo)板(26)由基板(29)、主色標(biāo)(31)和三個(gè)輔色標(biāo)(30)組成，基板(29)的顏色為固定黑色；位于基板(29)中心的主色標(biāo)(31)的顏色是固定藍(lán)色；三個(gè)輔色標(biāo)(30)的顏色為黃色和紅色，不同移動機(jī)器人用三個(gè)輔色標(biāo)(30)的不同顏色組合來區(qū)分； 所述的控制層(27)以控制電路板(34)為基礎(chǔ)，在控制電路板(34)上通過單排座連有五個(gè)超聲波測距傳感器(33)和無線接收模塊(32)，五個(gè)超聲波測距傳感器(33)以夾角30°均衡布置在機(jī)器人前方； 所述的底層(28 )以機(jī)器人底板(35 )為基礎(chǔ)并通過左碼盤輪(37 )、右碼盤輪(38 )和萬向輪(36)支撐；所述左碼盤輪(37)和右碼盤輪(38)對稱設(shè)置并且結(jié)構(gòu)相同，其中左碼盤輪(37 )與左輪直流電機(jī)(39 )相連，左輪直流電機(jī)(39 )通過電機(jī)卡帽(40 )、左輪碼盤測速模塊(43 )和螺栓(41)固定在機(jī)器人底板(35 )上，左碼盤輪(37 )和左輪碼盤測速模塊(43 )配合進(jìn)行測速；右碼盤輪(38)與右輪直流電機(jī)(42)相連，并與右輪碼盤測速模塊(44)配合測速；機(jī)器人底板(35)上以夾角45°布置三個(gè)紅外測距傳感器(45)。
5.一種如權(quán)利I所述的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺的環(huán)境視覺分割方法，其特征在于采用如下步驟: (1)利用CCD攝像機(jī)(8)獲取無任何物體的初始時(shí)刻背景圖像Ib(O)； (2)采集t時(shí)刻圖像I(t)，計(jì)算該幀圖像的差分圖像Id(t):Id(t)=I(t) -1b(O)； (3)對差分圖像Id(t)進(jìn)行閾值分割，得到含障礙物信息的二值分割圖像； (4)對二值分割圖像進(jìn)行閉運(yùn)算處理，消除障礙物區(qū)域的孔洞，以及平滑障礙物的邊界；(5)對閉運(yùn)算后圖像進(jìn)行均值濾波，去除圖像噪聲，獲得精確障礙物區(qū)域，實(shí)現(xiàn)t時(shí)刻的障礙物分割，即環(huán)境分割；(6)根據(jù)環(huán)境分割從圖像I(t)中剔除精確障礙物區(qū)域，得到t時(shí)刻的背景圖像Ib(t)； (7)根據(jù)t時(shí)刻的背景圖像Ib(t)與初始背景圖像Ib(O)，通過光流法估算背景運(yùn)動速度場，對背景圖像Ib(O)進(jìn)行補(bǔ)償校正和更新； (8)返回到步驟(2)。
6.一種如權(quán)利I所述的多移動機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)作實(shí)驗(yàn)平臺的機(jī)器人視覺定位方法，其特征在于采用如下步驟: 1)利用CXD攝像機(jī)(8)獲取移動機(jī)器人(12)運(yùn)動空間的RGB彩色圖像； 2)將RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV空間，獲取像素的色度信息——U,V分量； 3)基于U分量對色標(biāo)板(26)中主色標(biāo)(31)和黃色的輔色標(biāo)(30)進(jìn)行閾值分割； 4)基于V分量對色標(biāo)板(26)中紅色的輔色標(biāo)(30)進(jìn)行閾值分割； 5)搜索分割后三色色標(biāo)的連通域，獲得各色標(biāo)的中心坐標(biāo)； 6)根據(jù)各色標(biāo)的中心坐標(biāo)即可得到色標(biāo)板(26)的坐標(biāo)和方向角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人(12)的視覺定位。
【文檔編號】G05D1/02GK103970134SQ201410152510
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】袁明新, 趙榮, 江亞峰, 夏善躍, 華曉彬, 申?duì)D 申請人:江蘇科技大學(xué)