CN111208831A - 一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于智能机器人的感知与决策技术领域，具体为一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，包括硬件模块和软件模块；所述硬件模块包括动力电池组、车体、动力装置、传感器和控制计算机，所述车体包括车身和底盘，所述动力装置安装在底盘上，动力装置内置有ROS底盘驱动系统，所述传感器包括双目摄像头和超声波传感器，所述软件模块包括OpenCV图像处理程序和电机控制程序，软件模块运行于控制计算机内，本发明可广泛应用于服务业、银行、车站等不同场所，用于完成人脸识别、跟随、载物等工作，提高了工作效率，一定程度上保证了工作的可靠性、稳定性和统一性，且能够在倾斜路面也能够稳定的运输货物。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人的感知与决策技术领域，具体为一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车。
背景技术
智能跟随运载小车的感知与决策技术是智能驾驶运用的核心。目前，智能小车中常用的环境感知技术主要基于视觉和雷达，而决策主要涉及小车的路径规划、轨迹跟踪以及自动避障等方面。在环境感知方面，传统的UWB基站、视觉和雷达算法应用效果并不明显，目标识别准确性低，跟踪稳定性差。如公开号为CN108279685A的中国专利公开了一种基于视觉跟随的搬运小车及工作方法，其视觉跟随采用模块匹配的方法，一定程度上提高了工作效率、应用较为简单但是效果并不显著，实时性、准确性和连续工作的能力不佳。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，以达到提升运载小车实时性、准确性和连续工作能力的目的。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，包括硬件模块和软件模块；所述硬件模块包括动力电池组、车体、动力装置、传感器和控制计算机，所述车体包括车身和底盘，所述动力装置安装在底盘上，动力装置内置有ROS底盘驱动系统，所述传感器包括双目摄像头和超声波传感器，所述软件模块包括OpenCV图像处理程序和电机控制程序，软件模块运行于控制计算机内；其中，
所述车身的顶部安装有双目摄像头，车身上还设置有载物平台，车身的周围布置有多个超声波传感器，超声波传感器用于检测小车周围是否有障碍物，并将信息反馈给控制计算机，车身安装在底盘上；
所述ROS底盘驱动系统包括多个的车轮和单独控制车轮运行的步进电机，步进电机由安装在底盘上的动力电池组供电，在转向时，ROS底盘驱动系统通过控制多个步进电机间的转速差实现转向、行走和停止；
所述OpenCV图像处理程序用于处理双目摄像头拍摄到的图像，用户通过框图选择特定的人或物体，进行目标的锁定，并根据双目测距原理计算出小车与目标的距离；
所述电机控制程序用于控制ROS底盘驱动系统实现转向、行走和停止。
优选的，所述车轮通过液压杆安装在底盘上，所述液压杆由液压系统控制工作，且所述车身上安装有由水平仪，水平仪与控制计算机电性连接，水平仪用于检测车身的水平状态并反馈到控制计算机上，控制计算机通过计算车身的水平状态，向液压系统反馈电信号，液压系统再控制液压杆伸缩，保持车身的水平。
优选的，所述车轮的数量为六个或六个以上。
优选的，所述车身上安装有报警模块，报警模块有控制计算机控制工作。
与现有技术相比：本发明设计制作的运载小车实现了一般场景下对特定目标的自动跟随，工作效率高且工作可靠。本发明可广泛应用于服务业、银行、车站等不同场所，用于完成人脸识别、跟随、载物等工作，提高了工作效率，一定程度上保证了工作的可靠性、稳定性和统一性，且能够在倾斜路面也能够稳定的运输货物。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明结构示意框图；
图2为本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图1-2，本发明提供一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，包括硬件模块和软件模块；所述硬件模块包括动力电池组、车体、动力装置、传感器和控制计算机，所述车体包括车身和底盘，所述动力装置安装在底盘上，动力装置内置有ROS底盘驱动系统，所述传感器包括双目摄像头和超声波传感器，所述软件模块包括OpenCV图像处理程序和电机控制程序，软件模块运行于控制计算机内；其中，
所述车身的顶部安装有双目摄像头，车身上还设置有载物平台，车身的周围布置有多个超声波传感器，超声波传感器用于检测小车周围是否有障碍物，并将信息反馈给控制计算机，车身安装在底盘上；
所述ROS底盘驱动系统包括多个的车轮和单独控制车轮运行的步进电机，步进电机由安装在底盘上的动力电池组供电，在转向时，ROS底盘驱动系统通过控制多个步进电机间的转速差实现转向、行走和停止；
所述OpenCV图像处理程序用于处理双目摄像头拍摄到的图像，用户通过框图选择特定的人或物体，进行目标的锁定，并根据双目测距原理计算出小车与目标的距离；
所述电机控制程序用于控制ROS底盘驱动系统实现转向、行走和停止。
作为本发明的一种实施方式，所述车轮通过液压杆安装在底盘上，所述液压杆由液压系统控制工作，且所述车身上安装有由水平仪，水平仪与控制计算机电性连接，水平仪用于检测车身的水平状态并反馈到控制计算机上，控制计算机通过计算车身的水平状态，向液压系统反馈电信号，液压系统再控制液压杆伸缩，保持车身的水平。
作为本发明的一种实施方式，所述车轮的数量为六个或六个以上。
作为本发明的一种实施方式，所述车身上安装有报警模块，报警模块有控制计算机控制工作。
所述的一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车的控制方法分为以下几个步骤：
(1)用户在移动端打开软件与运载小车进行配对，启动运载小车的识别程序。
(2)位于车身顶端的双目摄像头获取当前小车前方图像，并通过OpenCV图像处理程序对图像进行双目滤波及降噪处理。
(3)由用户在应用软件app中进行框图选择，利用基于改进Camshift与TLD框图结合的算法实现对特定的人或物体的目标识别。
(4)程序开始运行后，控制计算机获得根据双目测距原理所获得的距离数据，车身的外围所安装的多个超声传感器，检测小车周围范围内是否有障碍物，并将所得到的距离信息返回给控制计算机。
(5)在用户移动时，控制计算机实时将人体或物体特征点进行对比识别追踪，当人体或物体目标丢失时，报警模块启动，发出语音报警。
(6)根据控制计算机所获得到的多种距离信息，进行路径规划，在跟进用户的同时进行简单避障，与此同时，为了防止用户位置变动较大使控制计算机获得的数据连贯性差，将由双目摄像头和超声传感器获得的距离数据进行插值后用于电机控制，并用PID算法保证运动平稳。
(7)控制计算机将电机控制数字信号传递给ROS底盘驱动系统，转换成电信号。ROS底盘驱动系统连接动力电池组与步进电机，利用步进电机转速差实现转向，以及小车的停止和运行；在运行时，当水平仪检测到车身发生倾斜时，水平仪将倾斜的角度反馈到控制计算机上，控制计算机通过计算车身的水平状态，向液压系统反馈电信号，液压系统再控制液压杆伸缩，使得车身较低一侧的液压杆上升，车身较高一侧的液压杆降低，使得车身保持水平状态，在斜坡上行驶时，也能够稳定的运输货物，不会出现重心偏离而倾倒的问题。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (4)
1.一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，其特征在于：包括硬件模块和软件模块；所述硬件模块包括动力电池组、车体、动力装置、传感器和控制计算机，所述车体包括车身和底盘，所述动力装置安装在底盘上，动力装置内置有ROS底盘驱动系统，所述传感器包括双目摄像头和超声波传感器，所述软件模块包括OpenCV图像处理程序和电机控制程序，软件模块运行于控制计算机内；其中，
所述车身的顶部安装有双目摄像头，车身上还设置有载物平台，车身的周围布置有多个超声波传感器，超声波传感器用于检测小车周围是否有障碍物，并将信息反馈给控制计算机，车身安装在底盘上；
所述ROS底盘驱动系统包括多个的车轮和单独控制车轮运行的步进电机，步进电机由安装在底盘上的动力电池组供电，在转向时，ROS底盘驱动系统通过控制多个步进电机间的转速差实现转向、行走和停止；
所述OpenCV图像处理程序用于处理双目摄像头拍摄到的图像，用户通过框图选择特定的人或物体，进行目标的锁定，并根据双目测距原理计算出小车与目标的距离；
所述电机控制程序用于控制ROS底盘驱动系统实现转向、行走和停止。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，其特征在于：所述车轮通过液压杆安装在底盘上，所述液压杆由液压系统控制工作，且所述车身上安装有由水平仪，水平仪与控制计算机电性连接，水平仪用于检测车身的水平状态并反馈到控制计算机上，控制计算机通过计算车身的水平状态，向液压系统反馈电信号，液压系统再控制液压杆伸缩，保持车身的水平。
3.根据权利要求2所述的一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，其特征在于：所述车轮的数量为六个或六个以上。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉的无人跟随运载小车，其特征在于：所述车身上安装有报警模块，报警模块有控制计算机控制工作。
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