CN113207412B - 视觉伺服割草机器人目标跟踪方法和视觉伺服割草机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法和视觉伺服割草机器人。该方法包括：S1、使目标点位于旋转摄像头的视野范围内；S2、获取割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角，以及旋转摄像头的视野范围内目标点的预设轨迹和光轴的第二夹角；S3、根据第一夹角和第二夹角调整割草机器人的航向；S4、重复执行步骤S1至步骤S3，使割草机器人持续跟踪目标点。本发明使用摄像头实现割草机对目标物体的跟踪，提升割草机的智能化水平，增加应用场景。

Description

视觉伺服割草机器人目标跟踪方法和视觉伺服割草机器人

技术领域

本发明涉及割草机领域，更具体地说，涉及一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法和视觉伺服割草机器人。

背景技术

自动割草机器人能够自动完成一定区域内的割草任务，节省人力同时提升割草效率。现有自动割草机多采用电磁定位技术，用于割草机的边界确认、返回基站等操作，但因电磁定位技术的局限性，不能识别目标物体，所以不能完成目标跟踪任务，影响自动割草机器人的性能，也限制了割草机的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法和视觉伺服割草机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，包括：

S1、使目标点位于旋转摄像头的视野范围内；

S2、获取割草机器人的航向和所述旋转摄像头的光轴的第一夹角，以及所述旋转摄像头的视野范围内所述目标点的预设轨迹和所述光轴的第二夹角；

S3、根据所述第一夹角和所述第二夹角调整所述割草机器人的航向；

S4、重复执行所述步骤S1至所述步骤S3，使所述割草机器人持续跟踪所述目标点。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，所述步骤S2还包括：获取所述目标点距离所述割草机器人的目标距离；

所述步骤S3包括：根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述目标距离调整所述割草机器人的航向。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，所述步骤S1包括：S11、使目标点位于旋转摄像头的视野范围中央；

所述步骤S2包括：S21、获取割草机器人的航向和所述旋转摄像头的光轴的第一夹角；

所述步骤S3包括：S31、根据所述第一夹角调整所述割草机器人的航向。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，所述调整所述割草机器人的航向包括：

调整所述割草机器人的航向和航速。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，所述步骤S2中所述目标点的预设轨迹的获取过程为：

所述割草机器人存储有割草区域地图，根据所述割草机器人和所述目标点在所述割草区域地图上的位置规划出所述割草机器人到所述目标点的预设轨迹。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，在所述步骤S1至所述步骤S4中，若所述目标点脱离所述旋转摄像头的视野范围，则所述割草机器人原地水平转动和/或所述旋转摄像头水平转动，直至所述目标点重新出现在所述旋转摄像头的视野范围内。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，所述步骤S4中使所述割草机器人持续跟踪所述目标点包括：

使所述割草机器人逐步靠近并抵达所述目标点。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，对于所述割草机器人：

以所述割草机器人的航向为X1轴，以平行于所述割草机器人的轮轴方向为Y1轴，以垂直与X1Y1平面的方向为Z1轴，建立割草机器人直角坐标系X1Y1Z1；

以所述旋转摄像头的光轴为X2轴，以平行于所述Z1轴的方向为Z2轴，以垂直于X2Z2平面的方向为Y2轴，建立旋转摄像头直角坐标系X2Y2Z2；

在所述步骤S2中，以所述割草机器人直角坐标系X1Y1Z1和所述旋转摄像头直角坐标系X2Y2Z2为参考系获取割草机器人的航向和所述旋转摄像头的光轴的第一夹角。

另外，本发明还提一种视觉伺服割草机器人，包括旋转摄像头、存储器和处理器，所述处理器分别连接所述存储器和所述旋转摄像头；

所述旋转摄像头用于获取包含目标点的图像信息；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现如上述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法。

进一步，在本发明所述的视觉伺服割草机器人中，所述旋转摄像头包括驱动云台和摄像头，所述摄像头通过所述驱动云台安装在所述割草机器人上，所述驱动云台用于驱动所述摄像头转动。

实施本发明的一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法和视觉伺服割草机器人，具有以下有益效果：本发明使用摄像头实现割草机对目标物体的跟踪，提升割草机的智能化水平，增加应用场景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例提供的一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法的流程图；

图2a是本发明一实施例提供的第一夹角的示意图；

图2b是本发明一实施例提供的第二夹角的示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

在一优选实施例中，参考图1，本实施例的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法应用于自动割草机器人，自动割草机器人不需要人工操作，能够自主完成割草作业。自动割草机器人包括刀盘、割草电机、驱动电机、车轮和供电模块等，具体结构可参考现有技术。具体的，该视觉伺服割草机器人目标跟踪方法包括下述步骤：

S1、使目标点位于旋转摄像头的视野范围内。

具体的，在现有割草机器人的基础上，本实施例新增可旋转的旋转摄像头，该旋转摄像头安装在割草机器人上且能够自由转动，例如旋转摄像头通过可旋转云台安装在割草机器人上，可旋转云台驱动旋转摄像头转动。割草机器人开始工作后，首先搜索目标点，在目标点未位于旋转摄像头的视野范围内时，旋转摄像头自由转动以搜寻目标点，旋转摄像头在转动同时进行图像识别。旋转摄像头或割草机内置有图像识别算法，使用图像识别算法识别摄像头获取的图像，以判断目标点是否出现在当前视野中。也就是说，旋转摄像头或割草机内存储有多个目标点的预设识别模型，例如基站识别模型、障碍物识别模型、墙壁识别模型、边界识别模型、喷水器识别模型等，使用预设识别模型识别摄像头获取的图像，若图像中有物体与预设识别模型匹配，则认为识别到目标点。

S2、获取割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角，以及旋转摄像头的视野范围内目标点的预设轨迹和光轴的第二夹角。

具体的，割草机器人的航向是指割草机的当前行驶方向，旋转摄像头的光轴是指摄像头中心点的光束的中心线。旋转摄像头安装完成后即得知割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的初始夹角，旋转摄像头开始旋转后，记录旋转摄像头的旋转角度，由初始夹角和旋转角度即可得到割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角。作为选择，若初始夹角为零度，则旋转摄像头的旋转角度即为割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角。进一步，旋转摄像头的视野范围内目标点的预设轨迹和光轴的第二夹角可通过图像算法得到；作为选择，目标点的预设轨迹的获取过程为：割草机器人存储有割草区域地图，根据割草机器人和目标点在割草区域地图上的位置规划出割草机器人到目标点的预设轨迹。参考图2a和图2b，图2a为割草机器人的俯视图，图中虚线10为割草机器人的航向，虚线20为旋转摄像头的光轴，则虚线10和虚线20的夹角A为第一夹角。图2b为旋转摄像头的视野，图中虚线20为旋转摄像头的光轴，虚线30为旋转摄像头的视野的边界，目标点P的预设轨迹为目标点P和旋转摄像头的连线，则夹角B为第二夹角。

S3、根据第一夹角和第二夹角调整割草机器人的航向。具体的，由第一夹角和第二夹角计算出目标点和割草机器人的相对位置，为实现割草机器人跟踪或者靠近目标点，需要根据目标点和割草机器人的相对位置调整割草机器人的航向。可以理解的，若根据第一夹角和第二夹角所得航向与割草机器人的当前航向一致，则不需要调整割草机器人的航向。在调整割草机器人航向时，可通过调整转向轮的方向实现，也可通过调整左右车轮的转速实现。

作为选择，调整割草机器人的航向包括：调整割草机器人的航向和航速，调整航速包括加快速度和减慢行驶速度，调整航速通过调整车轮的转速实现。

S4、重复执行步骤S1至步骤S3，使割草机器人持续跟踪目标点。具体的，随着割草机器人的不断移动和/或目标点的不断移动，目标点和割草机器人的相对位置也在不断变化，为保持割草机器人持续跟踪目标点，需要重复执行步骤S1至步骤S3。作为选择，步骤S4中使割草机器人持续跟踪目标点包括：使割草机器人逐步靠近并抵达目标点。

作为选择，在步骤S1至步骤S4中，若目标点脱离旋转摄像头的视野范围，则割草机器人原地水平转动和/或旋转摄像头水平转动，直至目标点重新出现在旋转摄像头的视野范围内。

本实施例使用摄像头实现割草机对目标物体的跟踪，提升割草机的智能化水平，增加应用场景。

在一优选实施例中，参考图3，本实施例的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法包括下述步骤：

S11、使目标点位于旋转摄像头的视野范围中央。

具体的，在现有割草机器人的基础上，本实施例新增可旋转的旋转摄像头，该旋转摄像头安装在割草机器人上且能够自由转动，例如旋转摄像头通过可旋转云台安装在割草机器人上，可旋转云台驱动旋转摄像头转动。割草机器人开始工作后，首先搜索目标点，在目标点未位于旋转摄像头的视野范围内时，旋转摄像头自由转动以搜寻目标点，旋转摄像头在转动同时进行图像识别。旋转摄像头或割草机内置有图像识别算法，使用图像识别算法识别摄像头获取的图像，以判断目标点是否出现在当前视野中。也就是说，旋转摄像头或割草机内存储有多个目标点的预设识别模型，例如基站识别模型、障碍物识别模型、墙壁识别模型、边界识别模型、喷水器识别模型等，使用预设识别模型识别摄像头获取的图像，若图像中有物体与预设识别模型匹配，则认为识别到目标点。搜寻到目标点后，判断目标点是否位于旋转摄像头的视野范围中央，若目标点没有位于旋转摄像头的视野范围中央，则旋转摄像头继续旋转，使目标点位于旋转摄像头的视野范围中央。例如，若目标点位于旋转摄像头的视野范围中央的左侧，则旋转摄像头向左侧旋转；若目标点位于旋转摄像头的视野范围中央的右侧，则旋转摄像头向右侧旋转。

S21、获取割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角。

具体的，割草机器人的航向是指割草机的当前行驶方向，旋转摄像头的光轴是指摄像头中心点的光束的中心线。旋转摄像头安装完成后即得知割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的初始夹角，旋转摄像头开始旋转后，记录旋转摄像头的旋转角度，由初始夹角和旋转角度即可得到割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角。作为选择，若初始夹角为零度，则旋转摄像头的旋转角度即为割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角。因本实施例中目标点位于旋转摄像头的视野范围中央，则旋转摄像头的视野范围内目标点的预设轨迹和光轴的第二夹角为零，不再需要计算第二夹角。

S31、根据第一夹角调整割草机器人的航向。具体的，由第一夹角计算出目标点和割草机器人的相对位置，为实现割草机器人跟踪或者靠近目标点，需要根据目标点和割草机器人的相对位置调整割草机器人的航向。可以理解的，若根据第一夹角所得航向与割草机器人的当前航向一致，则不需要调整割草机器人的航向。在调整割草机器人航向时，可通过调整转向轮的方向实现，也可通过调整左右车轮的转速实现。

S41、重复执行步骤S11至步骤S31，使割草机器人持续跟踪目标点。具体的，随着割草机器人的不断移动和/或目标点的不断移动，目标点和割草机器人的相对位置也在不断变化，为保持割草机器人持续跟踪目标点，需要重复执行步骤S11至步骤S31。作为选择，步骤S41中使割草机器人持续跟踪目标点包括：使割草机器人逐步靠近并抵达目标点。

作为选择，在步骤S11至步骤S41中，若目标点脱离旋转摄像头的视野范围，则割草机器人原地水平转动和/或旋转摄像头水平转动，直至目标点重新出现在旋转摄像头的视野范围内。

本实施例使用摄像头实现割草机对目标物体的跟踪，且使目标点位于旋转摄像头的视野范围中央，减小软件数据处理量，降低系统硬件要求。

在一实施例的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，步骤S2还包括：获取目标点距离割草机器人的目标距离。割草机器人可使用旋转摄像头获取的图像信息获取目标点距离割草机器人的目标距离，也可使用距离传感器测量目标点距离割草机器人的目标距离。对应的，步骤S3包括：根据第一夹角、第二夹角和目标距离调整割草机器人的航向。本实施例进一步考虑目标点距离割草机器人的目标距离，从而使航向调整更加合理。

在一实施例的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法中，为方便进行计算，建立割草机器人和旋转摄像头的坐标器，其中对于割草机器人：以割草机器人的航向为X1轴，以平行于割草机器人的轮轴方向为Y1轴，以垂直与X1Y1平面的方向为Z1轴，建立割草机器人直角坐标系X1Y1Z1。以旋转摄像头的光轴为X2轴，以平行于Z1轴的方向为Z2轴，以垂直于X2Z2平面的方向为Y2轴，建立旋转摄像头直角坐标系X2Y2Z2。则在步骤S2中，以割草机器人直角坐标系X1Y1Z1和旋转摄像头直角坐标系X2Y2Z2为参考系获取割草机器人的航向和旋转摄像头的光轴的第一夹角。

在一优选实施例中，本实施例的视觉伺服割草机器人包括旋转摄像头、存储器和处理器，处理器分别连接存储器和旋转摄像头。旋转摄像头用于获取包含目标点的图像信息；存储器用于存储计算机程序；处理器用于执行存储器中存储的计算机程序以实现如上述实施例的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法。作为选择，在本实施例的视觉伺服割草机器人中旋转摄像头包括驱动云台和摄像头，摄像头通过驱动云台安装在割草机器人上，驱动云台用于驱动摄像头转动。

本实施例视觉伺服割草机器人使用摄像头实现割草机对目标物体的跟踪，提升割草机的智能化水平，增加应用场景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，包括：

步骤S1、使目标点位于旋转摄像头的视野范围内；

步骤S2、获取割草机器人的航向和所述旋转摄像头的光轴的第一夹角，以及所述旋转摄像头的视野范围内所述目标点的预设轨迹和所述光轴的第二夹角；目标点的预设轨迹的获取过程为：割草机器人存储有割草区域地图，根据割草机器人和目标点在割草区域地图上的位置规划出割草机器人到目标点的预设轨迹；

步骤S3、根据所述第一夹角和所述第二夹角调整所述割草机器人的航向；

步骤S4、重复执行所述步骤S1至所述步骤S3，使所述割草机器人持续跟踪所述目标点。

2.根据权利要求1所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：获取所述目标点距离所述割草机器人的目标距离；

所述步骤S3包括：根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述目标距离调整所述割草机器人的航向。

3.根据权利要求1所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、使目标点位于旋转摄像头的视野范围中央；

所述步骤S2包括：S21、获取割草机器人的航向和所述旋转摄像头的光轴的第一夹角；

所述步骤S3包括：S31、根据所述第一夹角调整所述割草机器人的航向。

4.根据权利要求1至3任一项所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，所述调整所述割草机器人的航向包括：

调整所述割草机器人的航向和航速。

5.根据权利要求1所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，在所述步骤S1至所述步骤S4中，若所述目标点脱离所述旋转摄像头的视野范围，则所述割草机器人原地水平转动和/或所述旋转摄像头水平转动，直至所述目标点重新出现在所述旋转摄像头的视野范围内。

6.根据权利要求1所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，所述步骤S4中使所述割草机器人持续跟踪所述目标点包括：

使所述割草机器人逐步靠近并抵达所述目标点。

7.根据权利要求1所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法，其特征在于，对于所述割草机器人：

以所述割草机器人的航向为X1轴，以平行于所述割草机器人的轮轴方向为Y1轴，以垂直与X1Y1平面的方向为Z1轴，建立割草机器人直角坐标系X1Y1Z1；

以所述旋转摄像头的光轴为X2轴，以平行于所述Z1轴的方向为Z2轴，以垂直于X2Z2平面的方向为Y2轴，建立旋转摄像头直角坐标系X2Y2Z2；

在所述步骤S2中，以所述割草机器人直角坐标系X1Y1Z1和所述旋转摄像头直角坐标系X2Y2Z2为参考系获取割草机器人的航向和所述旋转摄像头的光轴的第一夹角。

8.一种视觉伺服割草机器人，其特征在于，包括旋转摄像头、存储器和处理器，所述处理器分别连接所述存储器和所述旋转摄像头；

所述旋转摄像头用于获取包含目标点的图像信息；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至7任一项所述的视觉伺服割草机器人目标跟踪方法。

9.根据权利要求8所述的视觉伺服割草机器人，其特征在于，所述旋转摄像头包括驱动云台和摄像头，所述摄像头通过所述驱动云台安装在所述割草机器人上，所述驱动云台用于驱动所述摄像头转动。

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