CN201273999Y - 基于图像处理的导游机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于图像处理的导游机器人，其特征在于，其底部设有驱动轮和转向轮，其顶部设有云台及摄像装置，还设有语音播放器和中央控制器；中央控制器控制所述驱动轮和转向轮的动作，以及控制摄像装置的开闭和云台的动作，摄像装置获取的图像信息发送到中央处理器，中央处理器连接所述的语音播放器。该机器人还设置有蓝牙模块、声纳传感器、多媒体触摸屏以及语音识别单元，能全天候的24小时为参观者提供自动化的优质导游服务。

Description

基于图像处理的导游机器人

技术领域

本实用新型属于模式识别和自动控制领域，涉及一种基于图像处理的导游机器人。

背景技术

在展览厅、展览馆、博物馆等场所，均采用解说员对展品进行人工解说和介绍，在参观者较多或者解说员下班时间，往往不能给参观者提供良好的服务。

实用新型内容

本实用新型要解决技术问题提供一种基于图像处理的导游机器人，能全天候的24小时为参观者提供优质的导游服务。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于图像处理的导游机器人，其特征在于，其底部设有驱动轮和转向轮，其顶部设有云台及摄像装置，还设有语音播放器和中央控制器；中央控制器控制所述驱动轮和转向轮的动作，以及控制摄像装置的开闭和云台的动作，摄像装置获取的图像信息发送到中央处理器，中央处理器连接所述的语音播放器。摄像装置获取周围的图像信息，中央处理器感觉这些图像信息可以确定导游机器人当前所在的位置，再根据具体位置播放不同的介绍内容。

在该导游机器人的外周设有声纳传感器，该声纳传感器和中央处理器连接，实用声纳传感器以防导游机器人和障碍物发生碰撞。

该基于图像处理的导游机器人还包括用于与外部设备通信的蓝牙收发器，该蓝牙接收器连接中央处理器。由于采用了无线通信设备，方便对导游机器人进行远程控制。

该基于图像处理的导游机器人还包括麦克风和语音识别单元，语音识别单元的输入端连接麦克风，语音识别单元的输出端连接中央处理器。通过语音识别单元，可以实现导游机器人和参观者进行简单的对话。

该基于图像处理的导游机器人还包括触摸屏，该触摸屏连接所述的中央处理器，采用触摸屏，为参观者提供良好的人机界面。

本实用新型的有益效果有：

本实用新型的基于图像处理的导游机器人可实现在已知环境下，代替导游向游客进行解说，同时游客也可以通过语音识别系统与导游机器人进行简单的语言交流。此种导游机器人可应用于博物馆、商店、机场等场合。导游机器人能通过远程控制和自主驾驶相结合的方式，完成从迎宾到多个定点之间的导游任务。导游机器人能够在客人到来时挥手致意并致欢迎詞，然后带领客人逐个参观景点，在每个参观景点前进行讲解并回答客人的简单问题。导游机器人的运动速度与人的慢行速度相当，能避免与客人或墙壁等相撞。

具体来说，该导游机器人具有以下优点：

1、自主行走-导游机器人由自身携带的蓄电池提供能源

2、自主规划路径-导游机器人通过感知系统采集环境信息实现自主路径规划

3、自动避障-导游机器人在行进中可探测并识别障碍物，并作出不同反应，实现自动躲避障碍物。

4、语言识别-导游机器人在一定语言范围内可以与人自由对话

5、语音合成-设计了计算机控制语言讲解系统，可以方便灵活地实现多国语言、任意场景的讲解。

6、多媒体信息查询-通过导游机器人身上配备的多媒体触摸屏可方便的进行信息查询。

7、遥控功能-可以通过遥控的方式供用户进行远距离(小于50米)的导游机器人控制

附图说明

图1为本实用新型实施例1中央处理器为核心的控制系统示意图；

图2为本实用新型实施例1总体外部结构示意图；

图3为由声纳传感器组成的声纳环示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

基于图像处理的导游机器人(以下简称导游机器人)性能指标：

●外观：圆柱型结构，铝合金材质，整体空间较大

●运动机构底盘直径：0.50m，轮距：0.40m，轮径：15cm，高：1m，自重：50kg，最大负重：20kg

●最大线速度：1m/s，最大角速度：2.6rad/s，零回差

●电机类型：直流无刷电机

●电池：锂离子

●轮子结构：四轮结构，两驱动轮，两辅助转向轮，呈菱形分布

●传感器系统：超声波、红外、接触传感器三组传感器环依次呈上中下层，每层包括16个传感器，覆盖360度探测范围，此外导游机器人上部装有PTZ云台摄像机。

●导游机器人核心控制器：5.25”pc，Pentium M，256M RAM，1×PCI插槽(2Masters)；1×Mini PC，3×RS-232，4×USB2.0

●控制系统结构：核心控制器与底层传感、电机控制组成上位机-下位机结构，之间通过CAN总线通讯。

●无线通讯系统：由蓝牙模块实现数据和控制信息的传输

如图1和图2所示，导游机器人底层采用菱形四轮结构，左右两轮是驱动轮，前后轮是辅助转向轮。驱动轮采用直流无刷电机+行星轮减速器+驱动器+增量型编码器，辅助轮采用直流伺服电机+驱动器。由于导游机器人的运行环境是室内的平坦路面，因此在设计时，导游机器人不用爬坡，所以电机的功率不至于太大。假定导游机器人的最大行驶速度为v＝1m/s，利用公式求单个驱动电机功率 $P_t=K\frac{M_t\mathrm{\ω}}{\mathrm{\η}}=K{M}_t\frac{v}{r_2\mathrm{\η}}$ ，(其中 $M_t\≥M_{f2}+\frac{r_2}{2r_1}{M}_{f1}$ ，M_f2表示地面对轮子的滚动摩阻力偶，M_t表示驱动轮的驱动力矩。)，此式中K为安全系数，M_t表示摩擦力矩，v表示行驶线速度，r₂表示驱动轮的半径，η为齿轮减速器的传动效率。K＝1.5，η＝90％，所以P_t＝185.18w实现时，取电机的功率为190w，额定电压24v，电机的理想空载转速为2400rpm，齿轮减速器减速比18：1，编码器采用500线。

电池安装于导游机器人底部，电池模块由两组锂离子电池组成，设计选择24v，30Ahr的电池，它负责整个导游机器人系统供电，包括各个电路模块电源，车载工控机电源，电机电源等，而导游机器人的各电路模块工作电源不同，有5v，3.3v，12v等等，因此需要设计安装电路转换模块，将24v电源转换成5v，3.3v，12v。同时还设计有电池组过放、过充保护和短路电流保护等功能。在此容量下，导游机器人能独立连续工作3小时左右，可以正常完成导游任务。对导游机器人充电时需要加配充电器。

接触传感环由16组接触传感器及16个驱动电路和1个采集控制电路组成，采集控制电路采用TI公司的TMS320LF2407A完成，内部集成CAN总线控制器，DSP与车载工控机之间通过CAN总线驱动器连接，实现数据传输，将DSP采集到的距离直接传给工控机。

车载工控机(即中央处理器)，设计选择5.25寸嵌入式工控机，与普通电脑相比，嵌入式系统功耗低、可靠性高；功能强大、性价比高；实用性强，支持多任务；占用空间小，效率高，能够进行各种接口通讯，数据逻辑运算以及复杂的控制，和信息融合。为了提高整个导游机器人系统的可靠性和抗干扰能力，将路径规划、控制策略及多传感器信息融合等一系列复杂算法交由上位PC机完成，底层的信息获取和电机驱动控制采用分布式DSP控制。由于导游机器人内部数据传输使用CAN总线，因此在工控机中安装有CAN总线适配器。在此导游机器人结构中，由于图像信息数据丰富，因此没有选则使用DSP进行图像采集处理，而使用专用的图像采集卡，所以工控机中还要安装PCI接口的图像采集卡。

超声传感环由16组超声波换能器及16组驱动电路和1个距离采集电路组成，此处使用的超声波换能器为Polaroid6500，驱动电路使用Polaroid原装的驱动板，距离采集控制电路使用TI公司的TMS320LF2407A，其结构类似于接触传感环的结构。

红外传感环由16组红外传感器及16组驱动电路和1个信息采集电路组成，驱动电路自行设计，距离采集控制电路使用TI公司的TMS320LF2407A，其结构类似于接触传感环的结构。

PTZ云台摄像机，PTZ云台摄像机装于导游机器人顶部，采用Canon VC-C4 CCD摄像机，该摄像机具有上下仰俯、水平旋转和自动变焦等功能，工控机通过RS232实现对摄像机的控制通讯。导游机器人通过摄像机获取的图像信息，可以用于导游机器人定位和在路径规划中对路标信息的提取。

车载笔记本电脑，在导游机器人系统的顶部安装有笔记本电脑，一方面是为了给用户实现友好的图像化界面，当用户要求了解景点，易于操作。再者配合喇叭和麦克风实现很好人机交互功能，也便于工作人员对导游机器人的操作。

由于单个声纳传感器在环境识别中不易辨别物体的方位信息，为了克服这个缺点，将传感器布置成环状，图3为声纳环的示意图，包含从u0-u15，16个声纳传感器，选择的polaroid6500系列传感器探测范围20cm-5m，波束角为30度，而我们在360度的声纳环上安装有16个传感器，间隔为22.5度，因此从图中可以看出：相邻两个传感器有重叠区，假若同时点火，这样就会给探测带来干扰，影响传感器对障碍物的正确检测。所以为了避免产生相邻传感器的干扰，我们采用分组点火。将序号为奇数的传感器编为一组(同组声纳之间相隔45度，不会产生波束干扰)，序号为偶数的传感器编为一组，这样在对障碍物距离进行探测时，我们在一个时刻只点火一组声纳传感器，组与组之间采取轮循方式，不但提高了采样频率，也满足了系统的实时性要求。

语音处理模块由麦克风、喇叭(即语音播放器)、语音识别单元组成，独立处理跟语音相关的所有事务，负责处理收发装置接收的语音信息，同时完成与车载核心控制器的通讯。此模块为车载核心控制器节省了大量的硬件资源，减轻了其处理任务，提高了系统响应外界信号的实时性。

Claims (5)

1.一种基于图像处理的导游机器人，其特征在于，其底部设有驱动轮和转向轮，其顶部设有云台及摄像装置，还设有语音播放器和中央控制器；中央控制器控制所述驱动轮和转向轮的动作，以及控制摄像装置的开闭和云台的动作，摄像装置获取的图像信息发送到中央处理器，中央处理器连接所述的语音播放器。

2.如权利要求1所述的基于图像处理的导游机器人，其特征在于，在该导游机器人的外周设有声纳传感器，该声纳传感器和中央处理器连接。

3.如权利要求1所述的基于图像处理的导游机器人，其特征在于，还包括用于与外部设备通信的蓝牙收发器，该蓝牙接收器连接中央处理器。

4.如权利要求1所述的基于图像处理的导游机器人，其特征在于，还包括麦克风和语音识别单元，语音识别单元的输入端连接麦克风，语音识别单元的输出端连接中央处理器。

5.如权利要求1～4任一项所述的基于图像处理的导游机器人，其特征在于，还包括触摸屏，该触摸屏连接所述的中央处理器。

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