CN112665453A - 一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统，业务层包括PC端软件系统；系统核心层包括GNSS基站、GNSS移动站、微控制单元和导航系统；执行层包括底层控制板及包括红外发射器和红外无线接收报环靶以及红外接收器的激光模拟武器系统及包括超声波装置、雷达、防碰撞条和急停开关的紧急制动系统及包括无线传输模块和遥控器的无线通信系统及包括双目高速摄像机和标记组件的双目识别定位系统及包括电机驱动器及电机的动力系统及包括供电电源和库仑计的电池管理系统。本发明的打靶机器人对抗系统实现了智能化的对抗射击、躲避射击以及其他功能，可以使得与打靶机器人的训练更进一步接近实战，有利于提升士兵的训练效率。

Description

一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统

技术领域

本发明涉及打靶机器人系统领域。

背景技术

为了不断提高军人的军事素养，射击训练是特殊作战人员常见的训练科目，随着训练项目效率和安全性的提高，为了改善传统打靶系列的一些弊端，目前，国内针对一些固定的靶位，研发了打靶机器人，其具有不可预测的移动靶位，自动报靶等优点，极大提升士兵的训练效率。利用打靶机器人代替传统的靶位训练虽然能够较好的提高士兵的训练效果，但其仍存在着脱离实战，不具备智能躲避、模拟人类行为功能等的缺点。有鉴于此，本案发明人针对现有打靶机器人的进行研发、改进，经过多次测试实验训练，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于针对现如今打靶机器人存在脱离实战，不具备智能躲避，模拟人类行为的功能等缺点而提出一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统,其特征在于，包括业务层、系统核心层和执行层；

所述业务层包括PC端软件系统；所述PC端软件系统通过无线模块与系统核心层和执行层连接通信；

所述系统核心层包括GNSS基站、GNSS移动站、微控制单元和导航系统，所述GNSS移动站和微控制单元与导航系统连接通信，所述GNSS基站与GNSS移动站之间通过无线模块连接通信；

所述执行层包括底层控制板和激光模拟武器系统、紧急制动系统、无线通信系统、双目识别定位系统、动力系统和电池管理系统，所述激光模拟武器系统包括与底层控制板连接的红外发射器和红外无线接收报环靶以及佩戴在受训者身上的红外接收器，所述紧急制动系统包括与底层控制板连接的超声波装置、雷达、防碰撞条和急停开关，所述无线通信系统包括与底层控制板连接无线传输模块和遥控器，所述双目识别定位系统包括与底层控制板连接的双目高速摄像机和佩戴在受训者身上的标记组件，所述动力系统包括与底层控制板连接的电机驱动器及连接电机驱动器的电机，所述电池管理系统包括与底层控制板连接的的供电电源和连接供电电源的库仑计；所述导航系统与底层控制板连接通信。

所述激光模拟武器系统还包括有与底层控制板连接的显示模块和语音播报模块，所述显示模块输出终端为LED显示屏，所述语音播报模块的输出终端为扩音器。

上述一种基于双目识别的打靶机器人的对抗系统，其特征在于，打靶对抗工作方法是这样的，所述电池管理系统给打靶机器人整机供电，通过库仑计实时检测电池使用状态得到电池状态信息，并通过无线模块将电池状态信息发送给终端设备；

所述双目识别定位系统计算出以受训者身上的标记组件为基点的位置、距离信息，此为当前位置信息，并预测出受训者即将的运动轨迹位置信息，此为预测位置信息，通过底层控制板将当前位置信息和预测位置信息发送给激光模拟武器系统和导航系统；

激光模拟武器系统根据当前位置信息，启动激光发射器进行对抗向受训者当前位置发射出带有加密功能的红外信号光束，对抗的同时，所述红外无线接收靶与受训者身上的红外接收器实时检测对应其所接收区域的是否有接收到红外信号，若有接收到红外信号，将检测得到的红外信号进行分析解码，计算出红外信号落点的实际坐标，同时发送给显示模块和语音播报模块进行显示和播报；

导航系统通过当前位置信息和预测位置信息与打靶机器人的位置信息进比对处理，利用避障算法规划计算出进行躲避受训者的导航路径，得出航点位置信息和导航路径信息，将航点位置信息和导航路径信息发送给底层控制板，底层控制板通过动力系统对航点位置信息和导航路径信息计算得出打靶机器人行进至航点位置的电机作驱动信息发送给电机驱动器，由电机驱动器控制带动打靶机器人移动的电机工作；同时，导航系统获取紧急制动系统的超声波装置和雷达的位置传感信息融合入导航路径的规划计算，不断的进行打靶机器人的自主定位和调整姿态；

所述紧急制动系统在防碰撞条受到碰撞时可作出紧急制动处理或可人为通过紧急开关作出紧急制动处理。

所述双目识别定位系统的控制流程方法是这样的：

受训使用前，通过双目高速摄像机进行标定，将受训者完全置于拍摄区域内部，将标记组件佩戴于的受训者身上确定的特征位置，通过双目高速摄像机采集拍摄记录受训者的图像为标记用图像，利用图像处理算法进行标记用图像上标记组件的检测，得出标记组件的标记检测结果，然后计算得出标记组件在三维世界坐标中的空间坐标，完成标定；

受训使用时，将标记组件佩戴在受训者身上明显的位置，使用时通过下述过程进行，

首先，立体图像视频获取，打靶机器人移动过程中通过双目高速摄像机采集拍摄记录视频图像为当前视频图像，

接着，视频的两帧中对应的匹配点获取，采用特征点匹配获得当前视频图像中视频的前后两帧中对应的匹配点，

接着，相机位移计算，通过匹配点在成像空间坐标变化或建立三维坐标来计算相机的位移，得出相机位移值，

接着，双目视觉定位，获得双目高速摄像机在移动过程中各个时刻的位置、旋转角，结合卡尔曼滤波获得整个过程中双目高速摄像机的移动路线，对打靶机器人进行实时的双目视觉定位，

然后，通过上述对当前视频图像的处理得出的数据经过计算处理得出计算受训者的当前位置信息和预测位置信息所需的信息数据发送给中央处理模块进行处理计算得出受训者的当前位置信息和预测位置。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：上述打靶机器人对抗系统的系统结构构成了可实现躲避对抗的打靶机器人对抗系统，该系统通过利用双目识别定位系统对受训者进行识别定位，通过激光模拟武器系统实现与受训者进行对抗训练，通过导航系统作出躲避受训者的轨迹规划，通过动力系统根据轨迹规划孔组电机驱动器从而实现打靶机器人作出躲避受训者的动作，如此，应用本发明的打靶机器人对抗系统的打靶机器人实现了智能化的对抗射击，还有躲避射击的功能以及其他的智能化功能，这是现有打靶机器人中没有实现的功能效果，通过这些功能的实现可以使得与打靶机器人的训练更进一步接近实战，有利于提升士兵的训练效率。

应用本发明的打靶机器人对抗系统的打靶机器人当遇到紧急的情况时，可通过紧急几种系统进行紧急制动，操作人员可通过电池管理系统和PC端查看打靶机器人的各项参数指标，随时观察打靶机器人的使用状况，另外本发明的打靶机器人也可通过无线遥控设备进行控制，达到打靶机器人使用的多种需求。

附图说明

图1是本发明涉及的的对抗系统结构示意框图；

图2是本发明涉及的双目识别定位系统的控制流程图；

图3是本发明涉及的激光模拟武器系统的控制流程图；

图4是本发明涉及的打靶机器人的导航控制流程图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

本发明公开的一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统，如图1、图2、图3和图4所示,包括业务层、系统核心层和执行层，应用与打靶机器人与现有打靶机器人的不同之处在于实现了更为智能的功能效果，其控制系统的系统工作结构构成了实现能够与受训者对抗和躲避受训者的功能效果的对抗系统，下面结合附图详细说明该系统的系统结构(如图1所示)和控制过程。

所述业务层包括PC端软件系统11，所述PC端软件系统11通过无线模块与系统核心层和执行层连接通信；

所述系统核心层包括GNSS基站21、GNSS移动站22、微控制单元23和导航系统24，所述GNSS移动站23和微控制单元24(MCU)与导航系统24连接通信，所述GNSS基站21与GNSS移动站22之间通过无线模块连接通信，GNSS为全球导航卫星系统；

所述执行层包括底层控制板31和激光模拟武器系统32、紧急制动系统33、无线通信系统34、双目识别定位系统35、动力系统36和电池管理系统37；所述激光模拟武器系统32包括与底层控制板31连接的红外发射器321和红外无线接收报环靶322以及佩戴在受训者身上的红外接收器323，所述红外无线接收报环靶322或称报环靶能够自动报环，使用简单，报环精度高，所述激光模拟武器系统32还包括与底层控制板31连接的显示模块324和语音播报模块325，所述显示模块324输出终端可为LED显示屏；所述语音播报模块325的输出终端可为扩音器，所述紧急制动系统33包括与底层控制板31连接的超声波装置331、雷达332、防碰撞条333和急停开关334，可实现障碍物的检测和碰撞时的紧急制动处理；所述无线通信系统34包括与底层控制板31连接的无线传输模块341和遥控器342，可实现打靶机器人的无线传输和对打靶机器人的遥控操作；所述双目识别定位系统35包括与底层控制板31连接的双目高速摄像机351和佩戴在受训者身上的标记组件352，所述动力系统36包括与底层控制板31连接的电机驱动器361及连接电机驱动器361的电机362，其根据打靶机器人需要来设置电机驱动器361和电机362的对应个数，例如控制小车底盘的伺服电机，控制机身上靶体升降调整高度的电机等，所述电池管理系统37包括与底层控制板31连接的的供电电源371和连接供电电源371的库仑计372，可实时检测电源使用情况；所述导航系统24与底层控制板31连接通信。

从上述结构可以看出本发明的一种基础双目识别的打靶机器人对抗系统由三个架构层组成，如图1所示，执行层、系统核心层和业务层，执行层位于整个架构的最底层，其主要是由上述双目识别定位系统、动力系统、电池管理系统、激光模拟武器系统、紧急制动系统和无线通信系统这六部分组成，当然该层还可包括其他系统设置，其他系统设置不是本案的主要改进之处这里具体限定其他系统设置，其中底层控制板为执行层的核心部件，承担上层(系统核心层)数据解析与执行、数据结算与上传，动力系统控制命令下发及电机编码器数据采集等任务。而系统核心层主要有导航系统和GNSS基站、GNSS移动站及MCU等部分，主要承担传感器数据融合、定位解算、路径规划、运动控制及数据中转等任务。另外，业务层为控制层，包括主要有终端设备，如PC端软件系统、移动端等组成，主要承担训练任务设定、机器人状态监测、底层传感器数据监测、训练成绩存储及分析等任务。

下面详细描述一下本发明的一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统中各部分系统的控制流程。

所述电池管理系统给打靶机器人整机供电，通过库仑计实时检测电池使用状态得到电池状态信息，并通过无线模块将电池状态信息发送给终端设备。

所述双目识别定位系统计算出以受训者身上的标记组件为基点的位置、距离信息，此为当前位置信息，并预测出受训者即将的运动轨迹位置信息，此为预测位置信息，通过底层控制板将当前位置信息和预测位置信息发送给激光模拟武器系统和导航系统；所述双目识别定位系统的控制流程方法是这样的：

受训使用前，通过双目高速摄像机进行标定，将受训者完全置于拍摄区域内部，将标记组件佩戴于的受训者身上确定的特征位置，通过双目高速摄像机采集拍摄记录受训者的图像为标记用图像，利用图像处理算法进行标记用图像上标记组件的检测，得出标记组件的标记检测结果，然后计算得出标记组件在三维世界坐标中的空间坐标，完成标定；

受训使用时，将标记组件佩戴在受训者身上确定的特征位置，使用时通过下述过程进行，

首先，立体图像视频获取，打靶机器人移动过程中通过双目高速摄像机采集拍摄记录视频图像为当前视频图像，

接着，视频的两帧中对应的匹配点获取，采用特征点匹配获得当前视频图像中视频的前后两帧中对应的匹配点，

接着，相机位移计算，通过匹配点在成像空间坐标变化或建立三维坐标来计算相机的位移，得出相机位移值，

接着，双目视觉定位，获得双目高速摄像机在移动过程中各个时刻的位置、旋转角，结合卡尔曼滤波获得整个过程中双目高速摄像机的移动路线，对打靶机器人进行实时的双目视觉定位，

然后，通过上述对当前视频图像的处理得出的数据经过计算处理得出计算受训者的当前位置信息和预测位置信息所需的信息数据发送给中央处理模块进行处理计算得出受训者的当前位置信息和预测位置。

激光模拟武器系统根据当前位置信息，启动激光发射器进行对抗向受训者当前位置发射出带有加密功能的红外信号光束，对抗的同时，所述红外无线接收靶与受训者身上的红外接收器实时检测对应其所接收区域的是否有接收到红外信号，若有接收到红外信号，将检测得到的红外信号进行分析解码，计算出红外信号落点的实际坐标，同时发送给显示模块和语音播报模块进行显示和播报。

导航系统通过当前位置信息和预测位置信息与打靶机器人的位置信息进比对处理，利用避障算法规划计算出进行躲避受训者的导航路径，得出航点位置信息和导航路径信息，将航点位置信息和导航路径信息发送给底层控制板，底层控制板通过动力系统对航点位置信息和导航路径信息计算得出打靶机器人行进至航点位置的电机作驱动信息发送给电机驱动器，由电机驱动器控制带动打靶机器人移动的电机工作；同时，导航系统获取紧急制动系统的超声波装置和雷达的位置传感信息融合入导航路径的规划计算，不断的进行打靶机器人的自主定位和调整姿态。

所述紧急制动系统在防碰撞条受到碰撞时可作出紧急制动处理或可人为通过紧急开关作出紧急制动处理。

应用本发明上述的一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统的打靶机器人可实现多种使用工作模式，更具受训者受训级别使用对应的模式训练，打靶机器人的使用更为智能化，训练更高效精准，训练成效提升快。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (4)

1.一种基于双目识别的打靶机器人对抗系统,其特征在于，包括业务层、系统核心层和执行层；

所述业务层包括PC端软件系统；所述PC端软件系统通过无线模块与系统核心层和执行层连接通信；

所述系统核心层包括GNSS基站、GNSS移动站、微控制单元和导航系统，所述GNSS移动站和微控制单元与导航系统连接通信，所述GNSS基站与GNSS移动站之间通过无线模块连接通信；

所述执行层包括底层控制板和激光模拟武器系统、紧急制动系统、无线通信系统、双目识别定位系统、动力系统和电池管理系统，所述激光模拟武器系统包括与底层控制板连接的红外发射器和红外无线接收报环靶以及佩戴在受训者身上的红外接收器，所述紧急制动系统包括与底层控制板连接的超声波装置、雷达、防碰撞条和急停开关，所述无线通信系统包括与底层控制板连接无线传输模块和遥控器，所述双目识别定位系统包括与底层控制板连接的双目高速摄像机和佩戴在受训者身上的标记组件，所述动力系统包括与底层控制板连接的电机驱动器及连接电机驱动器的电机，所述电池管理系统包括与底层控制板连接的的供电电源和连接供电电源的库仑计；所述导航系统与底层控制板连接通信。

2.如权利要求1所述的一种一种基于双目识别的打靶机器人的对抗系统，其特征在于，所述激光模拟武器系统还包括有与底层控制板连接的显示模块和语音播报模块，所述显示模块输出终端为LED显示屏，所述语音播报模块的输出终端为扩音器。

3.如权利要求1或2所述的一种基于双目识别的打靶机器人的对抗系统，其特征在于，打靶对抗工作方法是这样的，所述电池管理系统给打靶机器人整机供电，通过库仑计实时检测电池使用状态得到电池状态信息，并通过无线模块将电池状态信息发送给终端设备；

所述双目识别定位系统计算出以受训者身上的标记组件为基点的位置、距离信息，此为当前位置信息，并预测出受训者即将的运动轨迹位置信息，此为预测位置信息，通过底层控制板将当前位置信息和预测位置信息发送给激光模拟武器系统和导航系统；

激光模拟武器系统根据当前位置信息，启动激光发射器进行对抗向受训者当前位置发射出带有加密功能的红外信号光束，对抗的同时，所述红外无线接收靶与受训者身上的红外接收器实时检测对应其所接收区域的是否有接收到红外信号，若有接收到红外信号，将检测得到的红外信号进行分析解码，计算出红外信号落点的实际坐标，同时发送给显示模块和语音播报模块进行显示和播报；

导航系统通过当前位置信息和预测位置信息与打靶机器人的位置信息进比对处理，利用避障算法规划计算出进行躲避受训者的导航路径，得出航点位置信息和导航路径信息，将航点位置信息和导航路径信息发送给底层控制板，底层控制板通过动力系统对航点位置信息和导航路径信息计算得出打靶机器人行进至航点位置的电机作驱动信息发送给电机驱动器，由电机驱动器控制带动打靶机器人移动的电机工作；同时，导航系统获取紧急制动系统的超声波装置和雷达的位置传感信息融合入导航路径的规划计算，不断的进行打靶机器人的自主定位和调整姿态；

所述紧急制动系统在防碰撞条受到碰撞时可作出紧急制动处理或可人为通过紧急开关作出紧急制动处理。

4.如权利要求3所述的一种基于双目识别的打靶机器人的对抗系统，其特征在于，所述双目识别定位系统的控制流程方法是这样的：

受训使用前，通过双目高速摄像机进行标定，将受训者完全置于拍摄区域内部，将标记组件佩戴于的受训者身上确定的特征位置，通过双目高速摄像机采集拍摄记录受训者的图像为标记用图像，利用图像处理算法进行标记用图像上标记组件的检测，得出标记组件的标记检测结果，然后计算得出标记组件在三维世界坐标中的空间坐标，完成标定；

受训使用时，将标记组件佩戴在受训者身上明显的位置，使用时通过下述过程进行，

首先，立体图像视频获取，打靶机器人移动过程中通过双目高速摄像机采集拍摄记录视频图像为当前视频图像，

接着，视频的两帧中对应的匹配点获取，采用特征点匹配获得当前视频图像中视频的前后两帧中对应的匹配点，

接着，相机位移计算，通过匹配点在成像空间坐标变化或建立三维坐标来计算相机的位移，得出相机位移值，

接着，双目视觉定位，获得双目高速摄像机在移动过程中各个时刻的位置、旋转角，结合卡尔曼滤波获得整个过程中双目高速摄像机的移动路线，对打靶机器人进行实时的双目视觉定位，

然后，通过上述对当前视频图像的处理得出的数据经过计算处理得出计算受训者的当前位置信息和预测位置信息所需的信息数据发送给中央处理模块进行处理计算得出受训者的当前位置信息和预测位置。

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