CN114161434B - 一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于仿人机器人技术领域，具体为一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，包括机器模型，还包括设置在机器模型顶端的视觉模块，所述视觉模块连接采集模块，所述采集模块连接图形生成模块，所述图形生成模块连接中央控制系统，所述中央控制系统连接三维空间定位模块和无线通讯模块，所述中央控制系统通过无线通讯模块连接远程终端，所述视觉模块将收集的数据通过采集模块进行整合，并传输给图形生成模块进行生成具体的地形图像，本发明达到对机器模型精准控制，防止机器模型的运行轨迹出现误差，导致机器模型碰撞造成损坏的效果。
Description
技术领域
本发明涉及仿人机器人技术领域，具体为一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统。
背景技术
模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部，中国科技大学陈小平教授介绍，机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等，而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体。
现有的仿人机器人在视觉系统上一般使用摄像头对面前的图形进行采集，并将图形传输给后台终端进行存储并控制机器人的运行轨迹，但是在夜间或在特殊的地形上，无法精准和清楚的对地形进行采集，导致后台终端无法精准对机器的行径进行控制，造成机器在运行中受到损伤，为此，我们提出一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统。
发明内容
鉴于上述和/或现有一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，通过视觉模块对环境进行采集，通过图形生成模块生成精准的3D地图，再通过三维空间定位模块对机器模型的位置进行精准定位，并在远程终端上显示地图和机器模型的位置图像，能够解决上述提出现有的问题。
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：
一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其包括：机器模型，还包括设置在机器模型顶端的视觉模块，所述视觉模块连接采集模块，所述采集模块连接图形生成模块，所述图形生成模块连接中央控制系统，所述中央控制系统连接三维空间定位模块和无线通讯模块，所述中央控制系统通过无线通讯模块连接远程终端；
所述视觉模块将收集的数据通过采集模块进行整合，并传输给图形生成模块进行生成具体的地形图像。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述机器模型底部设有驱动装置。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述驱动装置包括履带驱动底座和滚轮驱动底座，所述履带驱动底座滑动连接在机器模型的底部两端，所述履带驱动底座的顶端通过螺栓安装伸缩杆，所述伸缩杆的顶端通过螺栓安装在机器模型的内部顶端，所述滚轮驱动底座设置在机器模型的底部中间。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述中央控制系统由计算机构成，所述中央控制系统连接远程遥控模块和存储模块，所述远程遥控模块连接无线通讯模块。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述远程遥控模块通过无线通讯模块连接远程终端，所述远程遥控模块通过无线通讯模块远程控制机器模型，所述存储模块对控制机器模型采集的数据进行存储。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述图形生成模块由CPU构成，所述图形生成模块通过采集模块采集的数据进行图形合成，所述采集模块设置为采集卡，所述采集模块将视觉模块的数据进行采集。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述视觉模块包括红外相机、3D相机、深度相机、彩色相机、光线感应器、超声波传感器、红外测距仪、三维扫描仪，所述视觉模块对四周的环境进行图形数据采集，所述视觉模块连接伸缩杆，所述视觉模块通过中央控制系统判断使用驱动装置的方式。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述红外相机对四周地形和环境进行红外成像，所述3D相机将四周地形和环境进行3D成像，所述深度相机采集地形的形状和尺寸，所述彩色相机采集四周地形和环境的色彩度，所述光线感应器采集四周环境的光暗度，所述超声波传感器精准采集地形的形状，所述红外测距仪检测地形的具体尺寸，且检测机器模型与地形之间的间距，所述三维扫描仪对四周环境和地形进行3D扫描，且与其他数据生成的图像进行对比校准。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述三维空间定位模块由视觉里程计、惯性加测量单元和全球定位系统构成，三维空间定位模块对机器模型的位置进行三维空间定位，所述无线通讯模块包括调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术，所述无线通讯模块通过无线技术远程连接远程遥控模块。
作为本发明所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统的一种优选方案，其中：所述远程终端由计算机构成，所述远程终端连接VR设备，所述VR设备将视觉模块的数据成像进行显示。
与现有技术相比：通过机器模型顶端的视觉模块对四周环境进行采集，使红外相机、3D相机、深度相机、彩色相机、光线感应器、超声波传感器和红外测距仪对四周环境进行采集，通过采集模块将采集的图像数据转化成数字信号，在图形生成模块内进行图像成形，形成较为精准和完整的3D地图，再通过三维扫描仪进行扫射，对四周环境进行3D成像，通过采集模块传输给图形生成模块，使3D成像的地图和其他传感器形成的D地图进行对比和校准，使3D地图更加精准，从而达到增加机器模型的控制精准度的效果；
通过三维空间定位模块对机器模型的位置进行三维空间定位，增加对机器模型的位置精准定位，从而增加对机器模型的精准控制，减少机器模型运行轨迹出现误差的效果。
附图说明
图1为本发明提供的整体系统连接示意图；
图2为本发明提供的机器模型结构示意图；
图3为本发明提供的机器模型左视结构示意图；
图4为本发明提供的履带驱动底座结构示意图；
图5为本发明提供的滚轮驱动底座结构示意图。
图中：机器模型1、驱动装置2、履带驱动底座21、伸缩杆211、滚轮驱动底座22、中央控制系统3、远程遥控模块31、存储模块32、图形生成模块4、采集模块5、视觉模块6、红外相机61、3D相机62、深度相机63、彩色相机64、光线感应器65、超声波传感器66、红外测距仪67、三维扫描仪68、三维空间定位模块7、无线通讯模块8、远程终端9、VR设备91。
具体实施方式
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。
本发明提供一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，具有方便远程终端9对机器模型1进行精准控制，减少机器模型1的损伤，且达到对环境进行精准投射的优点，请参阅图1-5，包括机器模型1、驱动装置2、中央控制系统3、图形生成模块4、采集模块5、视觉模块6、三维空间定位模块7、无线通讯模块8和远程终端9；
驱动装置2设置在机器模型1的下端，用来带动机器模型1进行驱动，驱动装置2包括履带驱动底座21、伸缩杆211、滚轮驱动底座22，履带驱动底座21滑动连接在机器模型1的底部两端，方便在不平整路面上行驶，履带驱动底座21的顶端通过螺栓安装伸缩杆211，伸缩杆211的顶端通过螺栓安装在机器模型1的内部顶端，通过启动伸缩杆211，将履带驱动底座21升降，可实现履带与滚轮行驶转换，方便针对不同路段进行转换行驶方式，达到增加行驶速率的效果，滚轮驱动底座22设置在机器模型1的底部中间，通过滚轮驱动底座22可增加平地行驶的行驶速率，通过伸缩杆211连接视觉模块6，使视觉模块6针对不同地形，再通过中央控制系统3进行判定，使履带驱动底座21和滚轮驱动底座22转换使用，增加机器模型1的行驶速率的效果。
中央控制系统3连接图形生成模块4，通过图形生成模块4收集采集模块5的数据进行图形合成，并通过中央控制系统3进行运行和传输，将成像数据传输给远程终端9，进而达到将生成精准的三维图像传输给远程终端9，方便远程终端9对机器模型1进行精准控制，减少机器模型1的损伤，且达到对环境进行精准投射的效果，中央控制系统3包括远程遥控模块31和存储模块32，远程遥控模块31通过无线通讯模块8连接远程终端9，远程遥控模块31通过无线通讯模块8远程控制机器模型1，方便远程终端9远程对机器模型1进行控制，存储模块32对控制机器模型1采集的数据进行存储，从而使机器模型1采集的数据在存储模块32内进行存储，防止数据丢失，且方便远程终端9远程对存储模块32的数据进行读取的效果，图形生成模块4由CPU构成，图形生成模块4通过采集模块5采集的数据进行图形合成，从而达到绘制精准3D环境图像，增加机器模型1对环境的精准控制，采集模块5设置为采集卡，采集模块5将视觉模块6的数据进行采集，使视觉模块6的数据进行整合，减少采集数据的损耗，增加信号传输速率的效果。
视觉模块6连接采集模块5，达到方便将采集的数据进行整合的效果，视觉模块6包括红外相机61、3D相机62、深度相机63、彩色相机64、光线感应器65、超声波传感器66、红外测距仪67、三维扫描仪68，红外相机61对四周地形和环境进行红外成像，对四周环境进行初步采集形成初始图像，3D相机62将四周地形和环境进行3D成像，对四周环境进行形状优化，增加图像的清晰度和精准度，深度相机63采集地形的形状和尺寸，使四周环境的尺寸和形状精准，增加图像的真实性，彩色相机64采集四周地形和环境的色彩度，光线感应器65采集四周环境的光暗度，增加图像的色彩和光亮度，进而增加图像的真实度和清晰度，超声波传感器66精准采集地形的形状，对四周环境进行细微检测，增加图像的细致度，从而增加图像的精准度，红外测距仪67检测地形的具体尺寸，且检测机器模型1与地形之间的间距，使四周环境的地形更加精准，且使检测机器模型1与地形的间距更加精准，增加检测机器模型1的精准操控度，三维扫描仪68对四周环境和地形进行3D扫描，且与其他数据生成的图像进行对比校准，从而使三维扫描仪68成像的图像与其他传感器形成的图像通过图形生成模块4进行对比和校准，进而增加图形成像的精准度的效果。
三维空间定位模块7连接中央控制系统3，从而对机器模型1的位置精准定位，三维空间定位模块7由视觉里程计、惯性加测量单元和全球定位系统构成，三维空间定位模块7对机器模型1的位置进行三维空间定位，增加对机器模型1的位置精准定位，从而增加对机器模型1的精准控制，减少机器模型1运行轨迹出现误差的效果，无线通讯模块8包括调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术，无线通讯模块8通过无线技术远程连接远程遥控模块31，从而通过无线通讯模块8增加远程操控的精准度，增加远程操控指令的清晰度和稳定度，防止机器模型1无法对不清楚的指令进行解析的效果。
远程终端9连接无线通讯模块8，从而通过无线通讯模块8可远程操控机器模型1的运行轨迹，远程终端9由计算机构成，方便对机器模型1采集的数据进行查看，且方便对机器模型1进行精准控制的效果，远程终端9连接VR设备91，VR设备91将视觉模块6的数据成像进行显示，可通过VR设备91增加对机器模型1的精准操控。
在具体使用时，本领域技术人员通过机器模型1顶端的视觉模块6对四周环境进行采集，使红外相机61、3D相机62、深度相机63、彩色相机64、光线感应器65、超声波传感器66和红外测距仪67对四周环境进行采集，通过采集模块5将采集的图像数据转化成数字信号，在图形生成模块4内进行图像成形，形成较为精准和完整的3D地图，再通过三维扫描仪68进行扫射，对四周环境进行3D成像，通过采集模块5传输给图形生成模块4，使3D成像的地图和其他传感器形成的3D地图进行对比和校准，使3D地图更加精准，再通过中央控制系统3和无线通讯模块8将图像传输给远程终端9，使精准的3D图像在远程终端9上进行显示，通过三维空间定位模块7将机器模型1的精准定位传输给远程终端9，使远程终端9在屏幕和VR设备91上能够清楚看到自己处于的位置和地图的全貌，再通过远程终端9对机器模型1发出指令，进而达到对机器模型1精准控制，防止机器模型1的运行轨迹出现误差，导致机器模型1碰撞造成损坏的效果。
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 (7)
1.一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，包括机器模型(1)，还包括设置在机器模型(1)顶端的视觉模块(6)，所述视觉模块(6)连接采集模块(5)，所述采集模块(5)连接图形生成模块(4)，所述图形生成模块(4)连接中央控制系统(3)，所述中央控制系统(3)连接三维空间定位模块(7)和无线通讯模块(8)，所述中央控制系统(3)通过无线通讯模块(8)连接远程终端(9)；
所述视觉模块(6)将收集的数据通过采集模块(5)进行整合，并传输给图形生成模块(4)进行生成具体的地形图像；
其特征在于：所述视觉模块(6)包括红外相机(61)、3D相机(62)、深度相机(63)、彩色相机(64)、光线感应器(65)、超声波传感器(66)、红外测距仪(67)、三维扫描仪(68)，所述视觉模块(6)对四周的环境进行图形数据采集，所述视觉模块(6)连接伸缩杆(211)，所述视觉模块(6)通过中央控制系统(3)判断使用驱动装置(2)的方式；
所述红外相机(61)对四周地形和环境进行红外成像，所述3D相机(62)将四周地形和环境进行3D成像，所述深度相机(63)采集地形的形状和尺寸，所述彩色相机(64)采集四周地形和环境的色彩度，所述光线感应器(65)采集四周环境的光暗度，所述超声波传感器(66)精准采集地形的形状，所述红外测距仪(67)检测地形的具体尺寸，且检测机器模型(1)与地形之间的间距，所述三维扫描仪(68)对四周环境和地形进行3D扫描，且与其他数据生成的图像进行对比校准；
所述三维空间定位模块(7)由视觉里程计、惯性加测量单元和全球定位系统构成，三维空间定位模块(7)对机器模型(1)的位置进行三维空间定位，所述无线通讯模块(8)包括调频无线技术、红外无线技术和蓝牙无线技术，所述无线通讯模块(8)通过无线技术远程连接远程遥控模块(31)。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其特征在于，所述机器模型(1)底部设有驱动装置(2)。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其特征在于，所述驱动装置(2)包括履带驱动底座(21)和滚轮驱动底座(22)，所述履带驱动底座(21)滑动连接在机器模型(1)的底部两端，所述履带驱动底座(21)的顶端通过螺栓安装伸缩杆(211)，所述伸缩杆(211)的顶端通过螺栓安装在机器模型1的内部顶端，所述滚轮驱动底座(22)设置在机器模型(1)的底部中间。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其特征在于，所述中央控制系统(3)由计算机构成，所述中央控制系统(3)连接远程遥控模块(31)和存储模块(32)，所述远程遥控模块(31)连接无线通讯模块(8)。
5.根据权利要求4所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其特征在于，所述远程遥控模块(31)通过无线通讯模块(8)连接远程终端(9)，所述远程遥控模块(31)通过无线通讯模块(8)远程控制机器模型(1)，所述存储模块(32)对控制机器模型(1)采集的数据进行存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其特征在于，所述图形生成模块(4)由CPU构成，所述图形生成模块(4)通过采集模块(5)采集的数据进行图形合成，所述采集模块(5)设置为采集卡，所述采集模块(5)将视觉模块(6)的数据进行采集。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉和无线技术的仿人机器人控制系统，其特征在于，所述远程终端(9)由计算机构成，所述远程终端(9)连接VR设备(91)，所述VR设备(91)将视觉模块(6)的数据成像进行显示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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