CN202533803U - 一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台 - Google Patents
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Abstract
该实用新型涉及一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台，该装置主要包括URG-04LX激光测距仪(1)、移动机器车iRobotCreate(6)、微型计算机Fitpc2(11)和QuickCam网络摄像头(13)。微型计算机Fitpc2(11)将运行机器人操作系统ROS，并能控制移动机器车iRobotCreate(6)的运动；微型计算机Fitpc2(11)具有Wi-Fi功能，通过Ad-hoc无线局域网(43)与外部计算机(41)通信。外部计算机(41)同样也运行机器人操作系统ROS，它们将Fitpc2(11)通过Ad-hoc无线局域网(42)传输来的激光测距仪(1)获取的障碍物信息进行目标定位；将摄像头QuickCam(13)获取的图像利用颜色分割算法检测带有指定颜色的目标。然后将处理以后的结果和指令再通过无线局域网(42)发送给微型计算机Fitpc2(11)。微型计算机Fitpc2(11)根据外部计算机(41)发送来的目标的位置控制移动机器车追踪该目标。
Description
技术领域
该实用新型涉及一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台，属于电子技术、传感技术和计算机技术等领域。
背景技术
近年来，出现了各类智能的移动机器人平台。虽然这些平台各具特色，但是它们无法满足可重构性、可扩展性、可移植性和廉价性这些准则的要求。一些平台是由资源受到严格限制的简易移动机器人搭建起来的。它们缺少足够强的计算能力和足够多的传感器进行准确的导航或者实现期望的图像处理和协作算法。这些平台包括MicaBot 、CotsBot 、Robomote 机器人以及商业化的Khepera 机器人；一些平台基于全套的商用机器人，它们缺乏可重构性并且在构建多移动机器人网络时价格昂贵。这些平台包括Pioneer移动机器人和麻省理工学院的移动车平台。因此，出于各方面的原因，智能移动机器人研究平台难以在一般的科研机构或实验室普及。
发明内容
针对现有技术的缺点，本实用新型的目的是提出一种低成本、可移植性强、有足够计算能力和一定数量传感器的QuickCam网络摄像头的移动机器人目标追踪平台。该移动机器人目标追踪平台包括硬件架构和软件系统。
一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台硬件部分主要包括Hokuyo LRF URG-04LX激光测距仪(1)、上层有机玻璃挡板(2)、右支撑架(3)、中层挡板(4)、下层挡板(5)、移动机器车iRobot Create (6)、右车轮(7)、Fitpc2供电电源(8)、左车轮(9)、冷却风扇(10)、微型计算机Fitpc2 (11)、左支撑架(12)和Logitech QuickCam Pro 5000网络摄像头(13)。移动机器车iRobot Create (6)设有左右两根支撑架(12、3)，它们将上层玻璃挡板(2)、中层玻璃挡板(4)和下层玻璃挡板(5)垂直连接并固定在移动机器车iRobot Create (6)上。Hokuyo LRF URG-04LX激光测距仪(1)固定在上层有机玻璃挡板(2)上，它的测量范围在20mm到4094mm之间，扫描范围2400,扫描速率100 ms/scan，距离精确度±3%，角分辨率为0.360；固定在中层有机玻璃挡板(4)上的是Logitech QuickCam Pro 5000网络摄像头(13)，它采用的是广角镜头，需要手动对焦。摄像头能提供最高30万像素，另外彩色图像最大分辨率是640×480，最大帧频30fps；固定在中层有机玻璃挡板(4)和下层玻璃挡板(5)之间，下层玻璃挡板(5)和移动机器车iRobot Create (6)之间的是两台微型计算机Fitpc2 (11)。这是一种轻巧的计算机，能运行Windows和Linux两种操作系统。由于微型计算机Fitpc2 (11)内部没有散热风扇，无法散热。因此为其配备一台冷却风扇(10)，使其能长时间工作。冷却风扇(10)固定在移动机器车iRobot Create (6)上；移动机器车iRobot Create (6) 是一个商业化的移动平台。通过它的串口可以读到传感器数据，并且可以使用iRobot Roomba 开放接口协议发送对马达的控制命令。
一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台软件部分由机器人操作系统(Robot Operating System, ROS)构成。这是一种开源的元操作系统，它提供的服务包括硬件抽象、低端设备控制、常用函数实现、进程之间的信息传输以及软件包管理。
ROS有两个基本的部分，一部分是ROS的核心部分，它的基本功能是可以跟一台带有无线通信功能(如Wi-Fi)并运行ROS操作系统的电脑进行无线通信，并能利用外部带有无线通信功能的计算机远程遥控移动机器人进行运动。另一个部分的程序包是整个ROS社区共享的开源代码。ROS社区指的是所有使用ROS操作系统的个人、研究团体和科研院所都可以将代码发布到网上的ROS社区中。并且这些代码可以很容易的下载并移植到其他使用ROS操作系统的移动机器人平台或传感器平台上。利用这些开源代码就能在这个平台上实现目标检测、目标追踪、目标识别、定位、建图以及自动导航等功能。
ROS的网络结构包括外部计算机网络(41)、无线通信(43)和移动机器人车载计算机网络(27)。外部计算机网络(41)内的计算机通过以太网(42)连接。外部计算机网络(41)和移动机器人车载计算机网络(27)之间通过无线局域网连接。外部计算机网络(41)中的每台计算机都处理计算量很大的不同任务，如机器视觉、语音识别、目标检测等。
目标检测的具体任务是当自主移动机器人探索某个未知的环境，它将定位目标的位置并识别该目标。尽管在机器视觉领域已经进行了大量的目标识别工作，但是很少有基于移动机器人平台的研究方法。与标准的监视系统相比，这里的摄像头是安装在一个移动的平台上，因此灯光条件是不断改变的并且图像包含了大量的噪声。
用颜色分割算法进行目标检测。颜色分割的目的是找到连续的区域，其中的每个像素点都具有共同的特征。由于目标都具有颜色特征，因此这是一种简单和快速的检测目标的方法。由于RGB颜色空间对于光线的变化非常的敏感，捕捉的图像首先需要从RGB颜色空间转变到HSV颜色空间；HSV颜色空间从颜色所携带的信息中解耦亮度部分；然后在HSV颜色空间中设置各个频段的阈值，这样就进行了颜色分割。二进制图像是通过对HSV频段进行滤波得到的。在应用高斯滤波器和拓扑学方法(膨胀和侵蚀)减少噪声以后，就能检测到颜色目标了。
该装置的有益之处是设计一种模块化的低成本、可移植性和结构简单的移动机器人目标追踪平台，并使用了一种相对简单有效的颜色目标识别算法进行目标检测识别。同时这个平台也为同步定位与建图以及自动导航研究提供了一种新的研究平台。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
图1 网络摄像头的移动机器人目标追踪平台结构图；图2 移动机器车iRobot Create结构图俯视图和底部俯视图；图3 Logitech QuickCam Pro 5000网络摄像头左视图；图4微型计算机Fitpc2的主视图和背面的主视图；图5 Hokuyo激光测距仪的左视图；图6 移动机器人车载计算机网络与外部计算机网络无线通信示意图；图7 网络摄像头的移动机器人目标检测算法示意图；图8 网络摄像头的移动机器人目标追踪示意图。
图中：1是Hokuyo LRF URG-04LX激光测距仪，2是上层挡板，3是右支撑架，4是中层挡板，5是下层挡板，6是移动机器车iRobot Create，7是右车轮，8是摄像头供电电源，9是左车轮，10是冷却风扇，11是微型计算机Fitpc2，12是左支撑架，13是QuickCam网络摄像头，14是全方向红外接收器，15是控制面板，16是螺丝孔，17是串行口，18是充电插口，19是装载舱连接口，20是装载舱，21是挡板，22是边缘传感器端口，23是地基接触点，24是左右车轮，25是电池，26是后轮，27是USB连接线，28是电源开关，29是SD存储卡卡槽，30是RS232接口，31是微型USB接口，32是电源，33是无线局域网(WLAN)，34是语音输入，35是网口，36是语音输入，37是USB口，38是重置键，39是数字视频系统，40是USB接口，41是外部计算机网络，42是以太网，43是无线网络，44是USB串行口，45是USB连接线，46是USB连接线，47是颜色空间变换，48是颜色分割，49是解耦亮度信息，50是设置各频段阈值，51是高斯滤波器，52是侵蚀和膨胀，53是检测到的颜色目标，54是颜色检测，55是颜色目标定位，56是驱动马达追踪。
具体实施方式
参见附图，包括QuickCam网络摄像头(13)；移动机器车iRobot Create (6)包括全方向红外接收器(14)，控制面板(15)，串行口(17)和边缘传感器端口(22)；微型计算机Fitpc2 (11)包括微型USB接口(31)，无线局域网(WLAN) (33)和USB口(40)；Hokuyo LRF URG-04LX激光测距仪(1)包括USB接口(40)；启动微型计算机Fitpc2 (11)，启动移动机器车iRobot Create (6)，开启Hokuyo激光测距仪(1)和QuickCam网络摄像头(13)。微型计算机Fitpc2 (11)将运行机器人操作系统ROS，并能控制移动机器车iRobot Create (6)的运动；通过USB口与微型计算机Fitpc2 (11)相连的Hokuyo激光测距仪(1)和摄像头QuickCam(13)都可以在ROS系统中使用。微型计算机Fitpc2 (11)具有Wi-Fi功能，通过Ad-hoc无线局域网(43)与外部计算机(41)通信。外部计算机(41)同样也运行机器人操作系统ROS，它们将Fitpc2 (11) 通过Ad-hoc无线局域网(43)传输来的Hokuyo激光测距仪(1)获取的障碍物信息进行目标定位，将摄像头QuickCam(13)获取的图像利用颜色分割算法检测带指定颜色的目标。然后将处理以后的结果和指令再通过无线局域网(43)发送给微型计算机Fitpc2 (11)。微型计算机Fitpc2 (11)根据外部计算机(41)发送来的目标的位置控制移动机器车追踪该颜色目标。
本实施例中，上层挡板(2)、中层挡板(4)、下层挡板(5)均为有机玻璃制成，具有坚固和重量轻的特点。另外根据需要可以不断增加挡板的数量，以便放置更多的硬件设备。
本实施例中，网络摄像头(13)采用Logitech公司生产的QuickCam Pro 5000网络摄像头。
本实施例中，微型计算机(11)采用CompuLab公司生产的Fitpc2微型计算机，该型计算机能运行Windows和Linux两类操作系统。这里用到了Linux版本的Fitpc2微型计算机(11)运行机器人操作系统ROS。
本实施例中，Hokuyo激光测距仪(1)和QuickCam摄像头(13)均采用USB供电，Fitpc2微型计算机(11)采用12V直流电源供电。
Claims (2)
1.一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台，其特征是该装置包括Hokuyo LRF URG-04LX激光测距仪(1)、上层有机玻璃挡板(2)、右支撑架(3)、中层挡板(4)、下层挡板(5)、移动机器车iRobot Create (6)、右车轮(7)、Fitpc2供电电源(8)、左车轮(9)、冷却风扇(10)、微型计算机Fitpc2 (11)、左支撑架(12)和Logitech QuickCam Pro 5000网络摄像头(13)；移动机器车iRobot Create (6)设有左右两根支撑架(12，3)，它们将上层玻璃挡板(2)、中层玻璃挡板(4)和下层玻璃挡板(5)垂直连接并固定在移动机器车iRobot Create (6)上。
2.权利要求1所述的一种网络摄像头的移动机器人目标追踪平台，其特征是微型计算机Fitpc2 (11)具有Wi-Fi功能，它能控制移动机器车iRobot Create (6)的运动，并通过Ad-hoc无线局域网(43)与外部计算机(41)通信；微型计算机Fitpc2 (11)根据外部计算机(41)发送来的目标的位置控制移动机器车追踪该目标。
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