CN104199452B - 移动机器人、移动机器人系统、移动及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人、移动机器人系统、移动及通信方法，其包括一图像传感器、一处理模块、一动力模块以及至少两个用于带动移动机器人移动的移动滚轮，图像传感器用于获取移动机器人前进方向上的地面的图像；处理模块用于获取图像中一处于地面上的目标物体在图像中的位置，并根据目标物体在图像中的尺寸获取目标物体距离图像传感器的镜头的检测距离，处理模块还用于根据位置到一中心线的图像距离和检测距离控制所述动力模块牵引移动滚轮转动以使移动机器人接近目标物体，中心线为图像的上、下边界的中点的连线。本发明通过图像识别技术识别目标物体，大幅度提高物体识别准确率，机器人之间能够相互合作实现更多功能，用途更广。

Description

移动机器人、移动机器人系统、移动及通信方法

技术领域

本发明涉及一种移动机器人、移动机器人系统，还涉及一种所述移动机器人的移动方法以及一种所述移动机器人系统的通信方法。

背景技术

移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

移动机器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和Charles Rosen等人，在1966年至1972年中研发出了取名Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。

现有的移动机器人利用红外感应器检测发光物体，其识别物体的准确度较差，移动机器人的应用范围较小，而且机器人之间无法配合来完成更多的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中移动机器人识别准确度较差，应用范围较小，而且机器人之间无法配合来完成更多的功能的缺陷，提供一种识别物体准确度较高，应用范围广的移动机器人、移动机器人系统、移动及通信方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种移动机器人，其特点在于，其包括一图像传感器、一处理模块、一动力模块以及至少两个用于带动所述移动机器人移动的移动滚轮，

所述图像传感器用于获取所述移动机器人前进方向上的地面的图像；

所述处理模块用于获取所述图像中一处于地面上的目标物体在所述图像中的位置，并根据所述目标物体在所述图像中的尺寸获取所述目标物体距离所述图像传感器的镜头的检测距离，所述处理模块还用于根据所述位置到一中心线的图像距离和所述检测距离控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，其中，所述中心线为所述图像的上、下边界的中点的连线。

所述图像传感器可以是摄像头，通过摄像头的镜头获取所述图像。所述移动机器人根据所述检测距离和所述目标物体在所述图像中偏离所述中心线的图像距离来确定目标物体的位置。本申请的移动机器人能够通过利用图像传感器获取移动机器人前进方向上的目标物体的位置，并根据所述位置控制移动机器人接近目标物体，移动机器人在接触目标物体后可以推动目标物体，或对目标物体进行一定的操作。

所述目标物体在所述图像中的位置指所述目标物体在所述图像中的全部像素的中心点，在所述图像中所述中心点到所述中心线的距离即为所述图像距离。所述处理模块通过分辨目标物体在所述图像中的颜色来确定所述目标物体的轮廓，在所述图像中所述处理模块可以认定满足颜色预设定值的全部像素点就是所述目标物体，从而可以确定目标物体的尺寸。

较佳地，两个移动滚轮分别为左移动滚轮和右移动滚轮，所述动力模块包括一用于牵引左移动滚轮的左牵引电机以及一用于牵引右移动滚轮的右牵引电机，所述处理模块用于根据公式V₁＝X×K₁控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，

其中，V₁为左牵引电机和右牵引电机的转速差，X为所述图像距离，K₁为所述图像距离转化为所述转速差的转化系数。

两个所述移动滚轮可以固置在移动机器人的两侧而不添加额外的转向装置，通过两个滚轮的不同转速来实现转向。具体来说，当左牵引电机的转速大于右牵引电机的转速时移动机器人向右转，当左牵引电机的转速小于右牵引电机的转速时移动机器人向左转。所述移动机器人对方向的调整可以是瞬时的，例如，在时刻T1时，移动机器人获得一个转速差来控制牵引电机的当前转速；在下一时刻T2时，由于图像中的目标物体的位置发生变化而移动机器人重新计算获得转速差，然后对牵引电机的当前转速进行调整。所述移动滚轮可以两个，配合两个支撑轮来支撑移动机器人。

较佳地，所述处理模块还用于根据公式V₂＝Y×K₂控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，

其中，V₂为两个牵引电机中转速较慢的牵引电机的转速，Y为根据所述检测距离以及所述镜头到地面的高度获得的所述移动机器人到所述目标物体的水平距离，K₂为所述水平距离转化为转速较慢的牵引电机的转速的转化系数。

根据所述镜头到目标物体的距离来控制移动机器人的前进速度，可以设置为当移动机器人距离目标物体越远移动机器人的速度越快，当接近目标物体时放慢速度，从而使移动机器人较快的接近目标物体，所述目标物体的距离可以为目标物体的中心到所述镜头的距离。获取目标物体到所述镜头的距离以及镜头到地面的距离就能够利用三角函数计算出所述水平距离。

较佳地，所述移动机器人包括一用于获取所述移动机器人所在位置的定位装置以及一通信模块，所述通信模块用于通过Wi-Fi(无线网络通信技术)网络向一控制终端发送所述移动机器人所在位置的信号以及所述目标物体所在位置的信号，并接收所述控制终端发送的控制信号，所述处理模块还用于根据所述控制信号控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近一目标位置。

利用所述Wi-Fi网络以及控制终端能够实现多个移动机器人的配合，控制终端根据各机器人的所在位置以及目标物体的位置利用预先设定好的策略能够对移动机器人做出指挥，从而实现多个机器人之间的配合。

本发明还提供一种移动机器人系统，其特点在于，所述移动机器人系统包括至少1个如上所述的移动机器人以及一控制终端，所述控制终端包括一移动策略数据库，并用于根据全部所述移动机器人所在位置的信号、所述目标物体所在位置的信号以及所述移动策略数据库生成一用于控制指定的移动机器人到目标位置的控制指令，并发送所述控制指令到所述指定的移动机器人。

所述移动机器人系统中的各移动机器人可以相互配合、协作，实现更多的功能。

本发明又提供一种如上所述的移动机器人的移动方法，其特点在于，所述移动方法包括：

S₁、所述图像传感器获取所述移动机器人前进方向上的地面的图像；

S₂、所述处理模块获取所述图像中一处于地面上的目标物体在所述图像中的位置，并根据所述目标物体在所述图像中的尺寸获取所述目标物体距离所述图像传感器的镜头的检测距离；

S₃、所述处理模块根据所述位置到一中心线的图像距离和所述检测距离控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体；

其中，所述中心线为所述图像的上、下边界的中点的连线。

较佳地，两个移动滚轮分别为左移动滚轮和右移动滚轮，所述动力模块包括一用于牵引左移动滚轮的左牵引电机以及一用于牵引右移动滚轮的右牵引电机，步骤S₃还包括：

所述处理模块根据公式V₁＝X×K₁控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体；

其中，V₁为左牵引电机和右牵引电机的转速差，X为所述图像距离，K₁为所述图像距离转化为所述转速差的转化系数。

较佳地，步骤S₃还包括：

所述处理模块根据公式V₂＝Y×K₂控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体；

其中，V₂为两个牵引电机中转速较慢的牵引电机的转速，Y为根据所述检测距离以及所述镜头到地面的高度获得的所述移动机器人到所述目标物体的水平距离，K₂为所述水平距离转化为转速较慢的牵引电机的转速的转化系数。

较佳地，所述移动机器人包括一用于获取所述移动机器人所在位置的定位装置以及一通信模块，所述移动方法包括：

所述通信模块通过Wi-Fi网络向一控制终端发送所述移动机器人所在位置的信号以及所述目标物体所在位置的信号，并接收所述控制终端发送的控制信号；

所述处理模块根据所述控制信号控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近一目标位置。

本发明又提供一种如上所述的移动机器人系统的通信方法，其特点在于，所述通信方法包括：

所述控制终端根据全部所述移动机器人所在位置的信号、所述目标物体所在位置的信号以及所述移动策略数据库生成一用于控制指定的移动机器人到目标位置的控制指令，并发送所述控制指令到所述指定的移动机器人。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过图像识别技术识别目标物体，大幅度提高物体识别准确率，机器人之间能够相互合作实现更多功能，用途更广。

附图说明

图1为本发明实施例的移动机器人系统的结构示意图。

图2为本发明实施例的移动方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例提供一种移动机器人系统1，其包括5个移动机器人11以及一控制终端21。

所述移动机器人包括一图像传感器12、一处理模块13、一动力模块14、两个用于带动所述移动机器人移动的移动滚轮15、两个与所述移动滚轮配合支撑所述移动机器人的支撑滚轮、一用于获取所述移动机器人所在位置的定位装置16以及一通信模块17。

所述图像传感器用于获取所述移动机器人前进方向上的地面的图像。图像传感器以每秒640*480@60fps的速率，将图像的数据输入到处理模块的图像识别引擎内。识别引擎可以全速将单帧图像数据中符合预先颜色标定的物体的区域范围标定出来。每台机器人可以分辨标定的8种颜色的物体。

两个移动滚轮分别为左移动滚轮和右移动滚轮，所述动力模块包括一用于牵引左移动滚轮的左牵引电机以及一用于牵引右移动滚轮的右牵引电机。

所述处理模块用于获取所述图像中一处于地面上的目标物体在所述图像中的位置，并根据所述目标物体在所述图像中的尺寸获取所述目标物体距离所述图像传感器的镜头的检测距离。

所述处理模块还用于获取所述位置到一中心线的图像距离。其中，所述中心线为所述图像的上、下边界的中点的连线。

所述处理模块用于根据公式V₁＝X×K₁控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体。

其中，V₁为左牵引电机和右牵引电机的转速差，X为所述图像距离，K₁为所述图像距离转化为所述转速差的转化系数。

所述处理模块还用于根据公式V₂＝Y×K₂控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，

其中，V₂为两个牵引电机中转速较慢的牵引电机的转速，Y为根据所述检测距离以及所述镜头到地面的高度获得的所述移动机器人到所述目标物体的水平距离，K₂为所述水平距离转化为转速较慢的牵引电机的转速的转化系数。

所述通信模块用于通过Wi-Fi网络向一控制终端发送所述移动机器人所在位置的信号以及所述目标物体所在位置的信号，并接收所述控制终端发送的控制信号，所述处理模块还用于根据所述控制信号控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近一目标位置。

所述控制终端包括一移动策略数据库，并用于根据全部所述移动机器人所在位置的信号、所述目标物体所在位置的信号以及所述移动策略数据库生成一用于控制指定的移动机器人到目标位置的控制指令，并发送所述控制指令到所述指定的移动机器人。

如果将本实施例的移动机器人应用于机器人足球中，移动机器人可以通过颜色分辨球门、球的位置，并利用自身的指南针以及球门的位置获得自己所在位置(即定位装置获取所在位置)，并将所在位置的信号发送给所述控制终端。控制终端可以获得全部移动机器人的所在位置，利用移动策略数据库可以获得各个移动机器人的移动策略，并发送对应的控制指令至所述移动机器人以控制所述移动机器人的移动。

本实施例还提供一种上述移动机器人的通信方法，所述通信方法包括：

所述控制终端根据全部所述移动机器人所在位置的信号、所述目标物体所在位置的信号以及所述移动策略数据库生成一用于控制指定的移动机器人到目标位置的控制指令，并发送所述控制指令到所述指定的移动机器人。

所述移动机器人可以接收控制终端发出的控制指令后按控制指令运动，还可以按照一移动方法移动，所述移动方法包括：

步骤100、所述图像传感器获取所述移动机器人前进方向上的地面的图像。

步骤101、所述处理模块获取所述图像中一处于地面上的目标物体在所述图像中的位置，并根据所述目标物体在所述图像中的尺寸获取所述目标物体距离所述图像传感器的镜头的检测距离。

步骤102、所述处理模块根据公式V₁＝X×K₁控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体。

步骤103、所述处理模块根据公式V₂＝Y×K₂控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体。

其中，所述中心线为所述图像的上、下边界的中点的连线。V₁为左牵引电机和右牵引电机的转速差，X为所述图像距离，K₁为所述图像距离转化为所述转速差的转化系数。V₂为两个牵引电机中转速较慢的牵引电机的转速，Y为根据所述检测距离以及所述镜头到地面的高度获得的所述移动机器人到所述目标物体的水平距离，K₂为所述水平距离转化为转速较慢的牵引电机的转速的转化系数。

所述移动方法还包括：所述通信模块通过Wi-Fi网络向一控制终端发送所述移动机器人所在位置的信号以及所述目标物体所在位置的信号，并接收所述控制终端发送的控制信号。

本实施例的移动机器人、移动机器人系统、移动及通信方法能够通过图像识别技术识别目标物体，大幅度提高物体识别准确率，机器人之间能够相互合作实现更多功能，用途更广。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种移动机器人，其特征在于，其包括一图像传感器、一处理模块、一动力模块以及至少两个用于带动所述移动机器人移动的移动滚轮，

所述图像传感器用于获取所述移动机器人前进方向上的地面的图像；

所述处理模块用于获取所述图像中一处于地面上的目标物体在所述图像中的位置，并根据所述目标物体在所述图像中的尺寸获取所述目标物体距离所述图像传感器的镜头的检测距离，所述处理模块还用于根据所述位置到一中心线的图像距离和所述检测距离控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，其中，所述中心线为所述图像的上、下边界的中点的连线；

两个移动滚轮分别为左移动滚轮和右移动滚轮，所述动力模块包括一用于牵引左移动滚轮的左牵引电机以及一用于牵引右移动滚轮的右牵引电机，所述处理模块用于根据公式V₁＝X×K₁控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，

其中，V₁为左牵引电机和右牵引电机的转速差，X为所述图像距离，K₁为所述图像距离转化为所述转速差的转化系数；

所述处理模块还用于根据公式V₂＝Y×K₂控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体，

其中，V₂为两个牵引电机中转速较慢的牵引电机的转速，Y为根据所述检测距离以及所述镜头到地面的高度获得的所述移动机器人到所述目标物体的水平距离，K₂为所述水平距离转化为转速较慢的牵引电机的转速的转化系数。

2.如权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括一用于获取所述移动机器人所在位置的定位装置以及一通信模块，所述通信模块用于通过Wi-Fi网络向一控制终端发送所述移动机器人所在位置的信号以及所述目标物体所在位置的信号，并接收所述控制终端发送的控制信号，所述处理模块还用于根据所述控制信号控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近一目标位置。

3.一种移动机器人系统，其特征在于，所述移动机器人系统包括至少1个如权利要求1或2所述的移动机器人以及一权利要求2中所述的控制终端，所述控制终端包括一移动策略数据库，并用于根据全部所述移动机器人所在位置的信号、所述目标物体所在位置的信号以及所述移动策略数据库生成一用于控制指定的移动机器人到目标位置的控制指令，并发送所述控制指令到所述指定的移动机器人。

4.一种如权利要求1所述的移动机器人的移动方法，其特征在于，所述移动方法包括：

S₁、所述图像传感器获取所述移动机器人前进方向上的地面的图像；

S₂、所述处理模块获取所述图像中一处于地面上的目标物体在所述图像中的位置，并根据所述目标物体在所述图像中的尺寸获取所述目标物体距离所述图像传感器的镜头的检测距离；

S₃、所述处理模块根据所述位置到一中心线的图像距离和所述检测距离控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体；

其中，所述中心线为所述图像的上、下边界的中点的连线；

两个移动滚轮分别为左移动滚轮和右移动滚轮，所述动力模块包括一用于牵引左移动滚轮的左牵引电机以及一用于牵引右移动滚轮的右牵引电机，步骤S₃还包括：

所述处理模块根据公式V₁＝X×K₁控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体；

其中，V₁为左牵引电机和右牵引电机的转速差，X为所述图像距离，K₁为所述图像距离转化为所述转速差的转化系数；

步骤S₃还包括：

所述处理模块根据公式V₂＝Y×K₂控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近所述目标物体；

其中，V₂为两个牵引电机中转速较慢的牵引电机的转速，Y为根据所述检测距离以及所述镜头到地面的高度获得的所述移动机器人到所述目标物体的水平距离，K₂为所述水平距离转化为转速较慢的牵引电机的转速的转化系数。

5.如权利要求4所述的移动方法，其特征在于，所述移动机器人包括一用于获取所述移动机器人所在位置的定位装置以及一通信模块，所述移动方法包括：

所述通信模块通过Wi-Fi网络向一控制终端发送所述移动机器人所在位置的信号以及所述目标物体所在位置的信号，并接收所述控制终端发送的控制信号；

所述处理模块根据所述控制信号控制所述动力模块牵引所述移动滚轮转动以使所述移动机器人接近一目标位置。

6.一种如权利要求3所述的移动机器人系统的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括：

所述控制终端根据全部所述移动机器人所在位置的信号、所述目标物体所在位置的信号以及所述移动策略数据库生成一用于控制指定的移动机器人到目标位置的控制指令，并发送所述控制指令到所述指定的移动机器人。