CN108563241A - 一种基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随载物装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随载装置。履带式车轮系统11和底座10组成硬件运动平台，在该平台上固定电源模块、电机驱动模块、无线通讯模块、运动控制模块。电源模块与各个模块相连接，运动控制器分别与嵌入式视觉模块串口、通讯模块通讯口、电机驱动模块串口相连接。支撑架9支撑并固定载物舱7，摄像头支架8支撑并固定嵌入式视觉模块6，电源开关12安装在外壳5的侧面。通讯模块接收手机端发出的无线信号，转换成数字信号传送给运动控制模块，通过PID算法转换为PWM输出信号控制电机运动。嵌入式视觉模块通过识别具有唯一ID的AprilTags标靶信息，跟随本次使用的用户。通过装置跟随不同的用户达到共享的目的。

Description

一种基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随载物装置

技术领域

本发明属于智能硬件领域，具体涉及一种基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随装置。

背景技术

目前，在商场、机场、超市、飞机场等地多是以人力搬运物品，不仅耗时耗力，并且基于视觉模块的自主跟随嵌入式系统在共享领域的研发和应用还相对较少，个人使用该装置相对造价较高，不利于推广到大众，故设计一种基于嵌入式视觉模块的自主跟随装置，在超市、机场、火车站、飞机场、生产车间等地方，可代替人来搬运各种各样的不易携带或者超过自身负荷的物品，从而减少劳动力以及搬运次数，节约时间，并可以保护易损坏物品不被损坏，所以本发明着力研究一种以共享模式运行的自主跟随装置，通过识别定位具有不同ID的标靶，从而跟随本次使用的用户，提高该装置的使用率，有效的减轻人们的负重，有利于大众推广，使用户出门购物更加方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随装置，检测出目标标靶的X、Y、Z轴坐标信息，并求出物体相对于相机的偏转角，获得丰富的决策信息，视觉单元不仅可以用来识别目标，还可以用来识别大多数障碍物。

为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明嵌入式视觉模块6由STM32F4单片机和摄像头组成，通过采集AprilTags标靶（见图4）图像信息，识别目标标靶的特征信息，通过python编写程序实现对目标标靶的识别与定位，从而得到目标标靶的位置信息。将位置信息进行处理分析，获取目标的X、Y、Z位置信息，打包发给运动平台，从而实现系统对目标物体的识别。

本发明运动平台控制器1采用Aduino运动控制器，运动平台获取目标位置信息，通过python编写程序，采用PID调节，使运动平台搭载货物平稳跟随目标运动，提高目标识别速效率，确保实时性。

本发明电机驱模块2采用全桥电机驱动芯片，电流最高5A，电压采用24V电源供电。

本发明无线通讯模块4采用低功耗的UART-WiFi 通讯模块，本设计中采用的是ESP8266中的ESP8266-11型号，其工作电压为3.3V。

本发明电源模块3系统采用24V可充放电锂电池供电，并作为电机驱动模块的电源，通过电压转换芯片为系统提供3.3V和5V的电源。

本发明通过编写手机端APP，将手机端APP与系统无线连接，控制系统运行开关，通过识别不同人身上不同的标靶信息，实现装置的共享，大大的提高装置使用效率。

本发明的共享原理就是以AprilTags标靶（见图4）作为跟随目标（AprilTags标靶是专门为机器人、无人机、嵌入式系统等开发的2D方块码），通过方块码库检测视角内的任何AprilTags标靶，根据标靶的唯一ID进行识别，并计算出标靶在图像中的位置。这种标靶只需普通的打印机打印出来，并贴在人物身上即可。

本发明的目标识别定位原理（见图5），就是通过摄像头检测AprilTags标靶，当摄像头的焦距和AprilTags码的尺寸已知，利用坐标系和摄像头坐标系间的变换，即可计算出AprilTags标靶相对于摄像头坐标系下的三维坐标；建立以AprilTags标靶中心为原点，其平面为XY的坐标系的向量空间，当摄像头中心位置与AprilTags中心位置重合时，系统获取到的位置坐标信息为（0，0，0），实际检测到的目标位置信息中Z轴为负值。通过建立目标位置坐标信息，是该装置识别定位的基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1装置俯视图

图2装置侧视剖面图

图3装置内部结构图

图4目标标靶图

图5目标识别定位原理图

图中：1—运动控制器；2—电机驱动模块；3—电源模块；4—无线通讯模块；5—外壳；6—嵌入式视觉模块；7—载物舱；8—摄像头支架；9—支撑柱；10—底盘；11—履带式车轮系统；12—电源开关；13—手机端。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

参见图1、图2，本发明的共享自主跟随跟随载物装置，可在商场、机场、超市、飞机场等地自主跟随用户，可以与手机端上位机无线通信相连，具体系统结构如图1和图2，底盘10和履带式车轮11组成装置的硬件平台，在该平台上固定嵌入式视觉感知识别模块6、电源模块3、运动控制器模块1、电机驱动模块2、无线通讯模块4，在该硬件平台上由四个支撑架9支撑装载物品的载物舱7，且在该平台上由支架8支撑嵌入式视觉模块6，电源开关12安装在外壳5的侧面；核心是嵌入式视觉感知模块6和运动控制器模块1，为检测、定位、跟踪标靶提供了非常可靠的解决方案。

参见图3，本发明电源模块与各个模块相连接，运动控制器1串口与嵌入式视觉模块6串口相连接，运动控制器1通讯口与通讯模块4相连接，电机驱动模块2串口与运动控制器1串口相连接。通讯模块接收手机端发出的无线信号，转换成数字信号传送给运动控制模块，通过PID算法转换为PWM输出信号控制电机运动。

本发明首先对IO口、PWM、SPI等进行初始化，并且初始化UDP网络通信协议，当手机端上位机连接上装置的WiFi信号，则进入待机模式，等待上位机的运行指令，当系统解锁后，串口片选嵌入式视觉模块，获取一帧摄像头图像，当图像中是否含有目标标靶时，接收传感器传来的标靶相对于摄像头的三维坐标数据，解析坐标信息，根据相应的跟随算法驱动电机运动，使装置跟随目标实现前进、后退、左右移动，并保持在1米范围内。

Claims (2)

1.一种基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随载物装置，其特征在于，所述装置履带式车轮系统(11)和底座(10)组成硬件运动平台，在该平台上固定嵌入式视觉感知模块(6)，运动控制器模块(1)，电机驱模块(2)，电源转换模块(3)，无线通讯模块(4)，支撑架(9)支撑并固定载物舱(7)，摄像头支架(8)支撑并固定摄像头模块(6)，电源开关(12)安装在外壳(5)的侧面；运动控制模块(1)串口与嵌入式视觉模块(6)串口相连接，运动控制器(1)通讯口与无线通讯模块(4)相连接，通讯模块(4)接收手机端(13)发出的无线信号，转换成数字信号传送给运动控制模块(1)，通过PID算法转换为PWM输出信号控制电机运动。

2.根据权利要求书1所述的基于嵌入式视觉模块的共享自主跟随载物装置，其特征在于，所述的嵌入式视觉模块，通过采集AprilTags标靶图像信息，通过系统标靶码库，检测视角内的任何AprilTags标靶，识别标靶的唯一ID以及其在图像中的X、Y、Z轴位置信息，传送给运动控制模块。