用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人，英文名稱Robot，是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。他既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。他的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。如今，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)從定點(diǎn)作業(yè)中走出來(lái)，正在向自主作業(yè)的方向發(fā)展。移動(dòng)機(jī)器人在戰(zhàn)地偵測(cè)、防災(zāi)救險(xiǎn)、危險(xiǎn)領(lǐng)域探測(cè)都有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]移動(dòng)機(jī)器人在作業(yè)過(guò)程中，由于經(jīng)常處于復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中，為了保障各種操作的正常進(jìn)行，需要避開(kāi)行進(jìn)過(guò)程中的各種前方目標(biāo)對(duì)于自身操作的干擾，而前方目標(biāo)的尺寸識(shí)別是機(jī)器人做出相應(yīng)避障操作的依據(jù)，現(xiàn)有技術(shù)中存在一些應(yīng)用于機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別方案，但這些方案要不過(guò)于簡(jiǎn)單，容易受到干擾，例如通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)邊緣信息來(lái)識(shí)別目標(biāo)尺寸，要不過(guò)于復(fù)雜，需要大量運(yùn)算量，實(shí)時(shí)程度不高，例如，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的目標(biāo)檢測(cè)方案。
[0004]因此，需要一種新的前方目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別到前方目標(biāo)尺寸的同時(shí)，減少識(shí)別算法的復(fù)雜度，保證識(shí)別的效率和及時(shí)性，從而，提高機(jī)器人反應(yīng)的靈敏程度，維持機(jī)器人的正常作業(yè)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)，針對(duì)最常見(jiàn)的矩形目標(biāo)，搭建了一種結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)和紅外線傳感技術(shù)的識(shí)別模式，識(shí)別運(yùn)算量適中，保持了識(shí)別的及時(shí)性，同時(shí)識(shí)別的準(zhǔn)確度得到提高，同時(shí)，還引入了無(wú)線通信技術(shù)以提高機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)，所述機(jī)器人系統(tǒng)包括紅外線測(cè)距檢測(cè)儀、高清攝像頭、目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)設(shè)備和64位的三星Exynos 7處理器，所述紅外線測(cè)距檢測(cè)儀用于檢測(cè)所述機(jī)器人系統(tǒng)前方的矩形目標(biāo)距離所述機(jī)器人系統(tǒng)的前向距離，所述高清攝像頭用于拍攝包含所述矩形目標(biāo)影像的前方圖像，所述目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)設(shè)備與所述高清攝像頭連接，對(duì)所述前方圖像執(zhí)行識(shí)別檢測(cè)處理，所述Exynos 7處理器與所述紅外線測(cè)距檢測(cè)儀和所述目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)設(shè)備分別連接，基于識(shí)別檢測(cè)處理結(jié)果和前向距離確定所述矩形目標(biāo)的實(shí)際尺寸。
[0007]更具體地，在所述用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)中，還包括:機(jī)器人動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括直流電動(dòng)機(jī)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬(wàn)向輪，所述直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，用于為所述機(jī)器人系統(tǒng)的行進(jìn)提供動(dòng)力；存儲(chǔ)設(shè)備，用于預(yù)先存儲(chǔ)目標(biāo)上限灰度閾值和目標(biāo)下限灰度閾值，所述目標(biāo)上限灰度閾值和所述目標(biāo)下限灰度閾值用于將圖像中的目標(biāo)和背景分離；無(wú)線收發(fā)設(shè)備，與遠(yuǎn)端的機(jī)器人控制平臺(tái)通過(guò)雙向無(wú)線通信鏈路連接，用于接收所述機(jī)器人控制平臺(tái)發(fā)送的控制指令，所述控制指令中包含所述機(jī)器人系統(tǒng)的行進(jìn)路徑，還用于無(wú)線發(fā)送所述矩形目標(biāo)的實(shí)際尺寸，所述矩形目標(biāo)的實(shí)際尺寸包括所述矩形目標(biāo)的實(shí)際高度和所述矩形目標(biāo)的實(shí)際寬度；攝像照明設(shè)備，設(shè)置在所述高清攝像頭上，為所述高清攝像頭的拍攝提供照明，所述攝像照明設(shè)備的照明光的強(qiáng)度與所述高清攝像頭周圍環(huán)境的亮度成反比；所述紅外線測(cè)距檢測(cè)儀包括紅外線發(fā)射器件和紅外線接收器件，所述紅外線測(cè)距檢測(cè)儀用于根據(jù)所述紅外線發(fā)射器件發(fā)射紅外線的時(shí)間、所述紅外線接收器件接收到從所述矩形目標(biāo)反射回來(lái)的紅外線的時(shí)間以及紅外線傳播速率計(jì)算所述前向距離；所述高清攝像頭為CMOS攝像頭，其拍攝的前方圖像的分辨率為1280X960，即所述前方圖像的圖像高度為960個(gè)像素，圖像寬度為1280個(gè)像素，所述高清攝像頭拍攝的垂直視場(chǎng)角和水平視場(chǎng)角均為預(yù)設(shè)固定值；所述目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)設(shè)備與所述存儲(chǔ)設(shè)備和所述高清攝像頭分別連接，所述目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)設(shè)備包括對(duì)比度增強(qiáng)器件、高斯平滑濾波器件、灰度化處理器件、目標(biāo)識(shí)別器件和目標(biāo)檢測(cè)器件，所述對(duì)比度增強(qiáng)器件與所述高清攝像頭連接，用于對(duì)所述前方圖像執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)處理，輸出增強(qiáng)前方圖像，所述高斯平滑濾波器件與所述對(duì)比度增強(qiáng)器件連接，用于對(duì)所述增強(qiáng)前方圖像執(zhí)行高斯平滑濾波處理，輸出濾波前方圖像，所述灰度化處理器件與所述高斯平滑濾波器件連接，用于對(duì)所述濾波前方圖像執(zhí)行灰度化處理，輸出灰度化前方圖像，所述目標(biāo)識(shí)別器件與所述存儲(chǔ)設(shè)備和所述灰度化處理器件分別連接，將所述灰度化前方圖像中灰度值在所述目標(biāo)上限灰度閾值和所述目標(biāo)下限灰度閾值之間的像素識(shí)別并組成目標(biāo)子圖案，所述目標(biāo)檢測(cè)器件與所述目標(biāo)識(shí)別器件連接，基于所述目標(biāo)子圖像確定所述目標(biāo)影像的尺寸，所述目標(biāo)影像的尺寸包括目標(biāo)影像高度和目標(biāo)影像寬度，所述目標(biāo)影像高度為所述目標(biāo)影像的豎向像素?cái)?shù)量，所述目標(biāo)影像寬度為所述目標(biāo)影像的橫向像素?cái)?shù)量；所述Exynos 7處理器與所述機(jī)器人動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備、所述無(wú)線收發(fā)設(shè)備和所述目標(biāo)檢測(cè)器件分別連接，解析所述無(wú)線收發(fā)設(shè)備發(fā)送的控制指令以獲得所述行進(jìn)路徑，基于所述行進(jìn)路徑向所述機(jī)器人動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述Exynos 7處理器還基于所述目標(biāo)影像高度、所述垂直視場(chǎng)角、所述前向距離和所述前方圖像的圖像高度確定所述矩形目標(biāo)的實(shí)際高度，基于所述目標(biāo)影像寬度、所述水平視場(chǎng)角、所述前向距離和所述前方圖像的圖像寬度確定所述矩形目標(biāo)的實(shí)際寬度；顯示器，與所述Exynos 7處理器連接，用于顯示所述矩形目標(biāo)的實(shí)際寬度和所述矩形目標(biāo)的實(shí)際高度；其中，所述對(duì)比度增強(qiáng)器件、所述高斯平滑濾波器件、所述灰度化處理器件、所述目標(biāo)識(shí)別器件和所述目標(biāo)檢測(cè)器件分別采用不同的FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0008]更具體地，在所述用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)中，還包括:供電設(shè)備，為所述機(jī)器人系統(tǒng)提供電力供應(yīng)。
[0009]更具體地，在所述用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)中，所述無(wú)線收發(fā)設(shè)備為GPRS無(wú)線通信接口、3G無(wú)線通信接口或4G無(wú)線通信接口。
[0010]更具體地，在所述用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)中，所述存儲(chǔ)設(shè)備為靜態(tài)存儲(chǔ)器，所述顯示器為液晶顯示屏。
[0011 ] 更具體地，在所述用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)中，所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪為兩個(gè)后輪，所述兩個(gè)萬(wàn)向輪為兩個(gè)前輪。
【附圖說(shuō)明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0014]圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施方案示出的用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括:服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。
[0017]在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類:制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和上述分類是一致的?？罩袡C(jī)器人又叫無(wú)人機(jī)器，在軍用機(jī)器人家族中，無(wú)人機(jī)是科研活動(dòng)最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研宄及采購(gòu)經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域。80多年來(lái)，世界無(wú)人機(jī)的發(fā)展基本上是以美國(guó)為主線向前推進(jìn)的，無(wú)論從技術(shù)水平還是無(wú)人機(jī)的種類和數(shù)量來(lái)看，美國(guó)均居世界之首位。
[0018]為保障機(jī)器人在復(fù)雜操作環(huán)境下維持其正常操作，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)到其前進(jìn)路線上的各個(gè)目標(biāo)的尺寸，以及時(shí)制定有針對(duì)性的避障方案。其中，矩形目標(biāo)是最常見(jiàn)的目標(biāo)類型之一?，F(xiàn)有的用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的檢測(cè)方案無(wú)法在檢測(cè)精度和檢測(cè)及時(shí)性之間獲得均衡，過(guò)于重視檢測(cè)精度或過(guò)于重視檢測(cè)及時(shí)性的目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)都會(huì)影響機(jī)器人的正常作業(yè)。
[0019]本實(shí)用新型搭建了一種用于矩形目標(biāo)檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)紅外線測(cè)距儀器確定前方目標(biāo)的前向距離，通過(guò)有針對(duì)性的圖像采集和識(shí)別器件確定前方目標(biāo)影像在采集的整個(gè)圖像中所占據(jù)的比例，并根據(jù)所述前向距離和所述比例確定前方矩形目標(biāo)的實(shí)際尺寸，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在檢測(cè)精度和檢測(cè)及時(shí)性之間的均衡。
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