CN202255404U - 一种室内移动机器人双目视觉导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种室内移动机器人双目视觉导航系统，包括全局视觉定位模块、运动控制模块、传感器采集模块和上位机模块，本实用新型上位机模块利用全局视觉定位系统得到的机器人的位置和朝向信息，并结合传感器信息和周围环境信息进行路径规划，通过在线规划的任务，生成运动控制模块所能理解的位置或速度指令，同时，上位机模块能把避障行为、防撞行为、趋近目标行为融合在一起，实现机器人的导航。

Description

一种室内移动机器人双目视觉导航系统

技术领域

本实用新型属于移动机器人技术领域，特别公开了一种室内移动机器人双目视觉导航系统。

背景技术

导航是对移动机器人所要求的最具挑战性的能力之一，导航的基本任务包括我在哪里，我要去哪里，我如何到那里去三个问题。因此如何获取环境信息，实现对自身及目标、障碍物的定位，并通过规划算法得到无障碍导航路径，是需要解决的问题。由于环境的复杂性，完全靠机器人自主实现对环境的可靠识别，目前还处于研究阶段。

导航系统根据采用硬件的不同，又可分为视觉导航系统和非视觉导航系统，非视觉导航系统主要包括GPS导航，声音导航以及电磁导航。

视觉导航系统的优点在于具有很高的空间分辨率，探测范围广、精度高，能够获取场景中的大部分信息。但是视觉导航系统也存在图像特征提取与识别困难、运算量大、实时性差等不足。

GPS导航还存在定位精度比较低、可靠性不高的问题，所以在机器人的导航应用中通常还辅以磁罗盘、里程计的数据进行导航。另外，GPS导航系统也不适用于室内或者水下机器人的导航以及对位置精度要求较高的机器人系统。

超声波导航具有成本低廉、采集信息速度快、距离分辨率高等优点，而且它采集环境信息时不需要复杂的图像配准技术，因此测距速度快、实时性好。同时，超声波传感器也不易受到如天气条件、环境光照及障碍物阴影、表面粗糙度等外界环境条件的影响。但是超声波传感器定位精度较低，多超声传感器之间的串扰和幻影干扰难以消除。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种采用全局红外视觉定位方式，处理速度成倍加快，同时结合传感器信息，实现室内移动机器人高精度的定位与导航的室内移动机器人双目视觉导航系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种室内移动机器人双目视觉导航系统，包括

全局视觉定位模块：与上位机模块连接，采用全局红外视觉定位方式，机器人身上安装红外发光管阵列，利用双目视觉原理，获取红外图像，并提取红外图像位置，通过三维定位算法推算出机器人的精确位置，将机器人的精确位置信息传送给上位机模块；

运动控制模块：与上位机模块连接，根据上位机模块规划的指令，产生移动机器人移动指令、手臂的运动指令、头部的运动指令，该模块周期性读取各驱动电机的位置信号，经分析处理后发送给上位机模块；

传感器采集模块：与上位机模块连接，完成周期性的采集各传感器的信号，并发送给上位机模块，供上位机模块分析使用；

上位机模块：用于接收全局视觉定位模块、传感器采集模块、地图编辑模块的输出信息，经分析后给运动控制模块发出指令，实现系统导航。

本实用新型还包括

地图编辑模块：与上位机模块连接，编辑室内环境的尺寸图，编辑固定障碍物区域、展台和所述全局视觉定位模块的绝对位置供上位机模块使用。

所述传感器采集模块包括超声波传感器，红外传感器和接近传感器。

所述全局视觉定位模块还包括两个自由度云台及两路模拟相机，模拟相机带红外滤光片。

所述传感器采集模块包括8路超声波传感器，8路红外传感器及8路接近传感器。

所述运动控制模块包括运动控制卡，运动控制卡控制7自由度驱动器和电机，运动控制板卡通过RS232与上位机模块相连，通过485总线与5路舵机相连，这五路舵机分别是肘关节舵机、肩关节两舵机、摇头舵机和点头舵机；通过485总线与两无刷电机驱动器相连，两无刷电机驱动器分别与左轮毂电机、右轮毂电机相连；运动控制卡通过IO口与急停按钮相连。

所述上位机模块内设置有无线串口，该无线串口用于移动机器人实现远程监控。

本发明的工作过程是：上位机模块利用全局视觉定位系统得到的机器人的位置和朝向信息，并结合传感器信息和周围环境信息进行路径规划，通过在线规划的任务，生成运动控制模块所能理解的位置或速度指令，同时，上位机模块能把避障行为、防撞行为、趋近目标行为融合在一起，实现机器人的导航。

本发明有以下优点：

1.采用全局红外视觉定位方式，不采用可见光，干扰大幅减少，处理速度成倍加快。利用双目视觉原理，提取红外图像位置，通过三维定位算法可以计算出机器人的精确位置；

2.可以人工编辑地图的尺寸，固定障碍物区域，及全局视觉系统的绝对位置；

3.根据全局视觉系统计算出的位置信息，结合机器人运行的环境地图以及多路传感器数据信息，规划出最优路径，实现自主避障，防撞，趋近目标及高精度的导航功能。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

图2为本发明的运动控制模块框图。

图3为本发明的上位机模块框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型设置在室内移动机器人上，本实用新型包括运动控制模块、传感器采集模块、上位机模块、全局视觉定位模块(图1)。

所述运动控制模块(图2)由运动控制卡控制7自由度驱动器和电机。运动控制板卡通过RS232与上位机相连，通过485总线与5路舵机相连，这五路舵机分别是肘关节舵机、肩关节两舵机、摇头舵机和点头舵机；通过485总线与两无刷电机驱动器相连，两无刷电机驱动器分别与左轮毂电机、右轮毂电机相连；运动控制卡通过IO口与急停按钮相连。运动控制软件运行在运动控制卡上。

传感器采集模块包括传感器采集卡，超声传感器、红外传感器、接近传感器、及遥控接收机等组成，实现各传感器、读卡器及遥控器的输入，并通过RS232数据线与上位机模块相连。传感器采集卡通过AD口读取电池的电量，通过485总线读取N路超声传感器的信息，通过IO口读取红外传感器和接近传感器的数据；通过RS232读取遥控接收机的数据。传感器采集软件运行在传感器采集卡上。

上位机模块(图3)是机器人核心之一。由上位机板卡、音箱、两路USB摄像头、显示屏、无线串口、RS232、硬盘、声卡等组成。导航软件及上位机模块界面软件全部运行在上位机板卡内。

全局视觉模块由视觉DSP板卡、无线串口、两路(摇摆、俯仰)舵机及左右两路PAL/NTSC相机组成。相机经过滤光片处理，只接收安装在机器人头部的红外LED灯发出的红外光谱。

本实用新型运动控制软件所依赖的硬件平台为运动控制板卡，它的主要功能是，根据导航软件规划的指令，产生移动机器人移动指令；根据导航软件规划的指令，产生手臂的运动指令；根据导航软件的规划指令，产生头部的指令；周期性读取各驱动电机的位置信号，经分析处理后发送给上位机模块；传感器采集软件负责采集各传感器的信号，并发送给上位机模块，供上位机模块分析使用；全局视觉软件包含四部分内容：摄像机标定，机械系统标定，红外三维室内定位算法及云台视觉目标跟踪算法；上位机模块软件包括导航软件、地图编辑软件、视频播放软件及状态显示界面、控制界面及总体界面。导航软件是上位机模块软件的核心，它负责把上位机发出的任务级指令，通过在线规划的任务，生成运动控制模块所能理解的位置或速度指令。同时，能把避障行为、防撞行为、趋近目标行为融合在一起，实现机器人的导航。

本实例构成的机器人可以实现室内无缆行走、表演，室内视觉定位和导航功能。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种室内移动机器人双目视觉导航系统，包括

全局视觉定位模块：与上位机模块连接，采用全局红外视觉定位方式，机器人身上安装红外发光管阵列，利用双目视觉原理，获取红外图像，并提取红外图像位置，通过三维定位算法推算出机器人的精确位置，将机器人的精确位置信息传送给上位机模块；

运动控制模块：与上位机模块连接，根据上位机模块规划的指令，产生移动机器人移动指令、手臂的运动指令、头部的运动指令，该模块周期性读取各驱动电机的位置信号，经分析处理后发送给上位机模块；

传感器采集模块：与上位机模块连接，完成周期性的采集各传感器的信号，并发送给上位机模块，供上位机模块分析使用；

上位机模块：用于接收全局视觉定位模块、传感器采集模块的输出信息，经分析后给运动控制模块发出指令，实现系统导航。

2.如权利要求1所述的一种室内移动机器人双目视觉导航系统，其特征在于：所述传感器采集模块包括超声波传感器，红外传感器和接近传感器。

3.如权利要求1所述的一种室内移动机器人双目视觉导航系统，其特征在于：所述全局视觉定位模块还包括两个自由度云台及两路模拟相机，模拟相机带红外滤光片。

4.如权利要求1或2所述的一种室内移动机器人双目视觉导航系统，其特征在于：所述传感器采集模块包括8路超声波传感器，8路红外传感器及8路接近传感器。

5.如权利要求1所述的一种室内移动机器人双目视觉导航系统，其特征在于：所述运动控制模块包括运动控制卡，运动控制卡控制7自由度驱动器和电机，运动控制板卡通过RS232与上位机模块相连， 通过485总线与5路舵机相连，这五路舵机分别是肘关节舵机、肩关节两舵机、摇头舵机和点头舵机；通过485总线与两无刷电机驱动器相连，两无刷电机驱动器分别与左轮毂电机、右轮毂电机相连；运动控制卡通过IO口与急停按钮相连。

6.如权利要求1所述的一种室内移动机器人双目视觉导航系统，其特征在于：所述上位机模块内设置有无线串口，该无线串口用于移动机器人实现远程监控。