CN207127893U - 一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，主要包括机器人控制器、机器人底盘、机器人PCB电路板、机器人转向舵机、机器人摄像头、机器人摄像头支杆、机器人舵机摇臂、机器人舵机拉杆、机器人前挡板、机器人前轮安装座、机器人前轮、机器人后轮、机器人后轮安装座、机器人驱动齿轮组、机器人驱动电机；本实用新型的优点：通过使用图像边沿检测爬虫算法实现机器人的自动道路寻迹、避障和高速行进等功能；通过边沿检测爬虫算法实现单片机等嵌入式芯片对图像的快速处理，解决了在单片机等嵌入式设备里面处理图像时间长，实时性差的问题；通过边沿检测爬虫算法实现了在进行道路检测同时滤除噪点，增强了机器人的抗干扰能力。

Description

一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人

技术领域

本实用新型涉及基于摄像头图像的自导航系统的机器人，具体涉及一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人。

背景技术

机器人的导航一直是机器人领域研究的重点，是机器人具有实用性的一个基础功能。目前机器人的导航方式主要分类有直接坐标导航类、电磁导航类、磁导航类、激光导航类、光学导航类、惯性导航类、图像识别导航类和GPS（全球定位系统）导航类，本实用新型专利隶属于图像识别导航类。传统的图像识别导航算法运行环境基本都是在PC环境下，运算量大、运算时间长；在运行速度慢、资源有限的单片机等嵌入式设备中使用困难，实用性较低。较传统机器人图像导航方式相比，本实用新型专利一方面研究出了图像边沿检测爬虫算法，该算法运算量小、占用资源少，在单片机等嵌入式设备中实时性很高。另一方面将获取的图像信息处理后与控制系统相结合，使得机器人在外界引导的情况下移动速度很快，并且能够有效地适应各种复杂环境。

发明内容

本实用新型专利主要解决的技术问题是提供一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，通过边沿检测爬虫算法实现单片机等嵌入式芯片对图像的快速处理，实现机器人的自动道路寻迹、避障和高速行进等功能。

本实用新型专利为解决上述技术问题提供的一种技术方案是：一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，主要包括机器人控制器、机器人底盘、机器人PCB电路板、机器人转向舵机、机器人摄像头、机器人摄像头支杆、机器人舵机摇臂、机器人舵机拉杆、机器人前挡板、机器人前轮安装座、机器人前轮、机器人后轮、机器人后轮安装座、机器人驱动齿轮组、机器人驱动电机；其特征在于：机器人控制器安装于机器人PCB电路板上表面右侧；机器人PCB电路板安装于机器人底盘中部；机器人摄像头固定于机器人摄像头支杆的上端，机器人摄像头支杆安装于机器人底盘前部的中间，用螺栓固定；机器人前轮固定于机器人前轮安装座上，机器人前轮安装座安装于机器人底盘前部两侧；机器人后轮固定于机器人后轮安装座上，机器人后轮安装座安装于机器人底盘后部两侧；机器人驱动电机安装于机器人底盘后部中间，并通过机器人驱动齿轮组与机器人后轮相连；机器人转向舵机安装于机器人底盘前部与机器人舵机摇臂固定连接，机器人舵机摇臂与机器人舵机拉杆连接，然后再连接到机器人前轮；机器人前挡板安装固定于机器人底盘前端，通过螺栓固定。

进一步的，所述机器人控制器为hc600型机器人控制器。

进一步的，所述机器人底盘为机器人的骨架结构，采用碳纤维材料制作。

进一步的，所述机器人转向舵机为Dynamixel AX-12+机器人专用舵机。

进一步的，所述机器人舵机摇臂和机器人舵机拉杆为连接机器人转向舵机和机器人前轮的连接机构。

进一步的，诉述机器人前轮通过机器人前轮安装座安装于机器人底盘前部，机器人后轮通过机器人后轮安装座安装于机器人底盘后部，两者共同组成机器人的运动部件。

进一步的，诉述机器人驱动电机为ZGB37RB机器人驱动马达，通过机器人后轮安装座安装于机器人底盘后部，并通过机器人驱动齿轮组与机器人后轮相连。

本实用新型的有益效果是：解决现有机器人图像导航算法运算量大、运行时间长、占用系统资源多的问题。实时性高，可运行在单片机、嵌入式等运算量小的平台中，实用性高。抗干扰能力强、移动速度快，在复杂环境下也能高速、稳定地运行。既可以作为移动机器人比赛的一种控制方式，也可以作为服务机器人的一种新型引导方式。

附图说明

图1为本实用新型专利的整体结构示意图。

图2为本实用新型专利的机器人控制器的电路结构原理图。

图3为本实用新型专利的机器人转向舵机的电路结构原理图。

图4为本实用新型专利的机器人驱动电机驱动原理图。

图5为本实用新型专利的机器人PCB电路板结构示意图。

图6为本实用新型专利的图像边沿检测爬虫算法处理后的右转引导线图。

图7为本实用新型专利的图像边沿检测爬虫算法处理后的左转引导线图。

图8为本实用新型专利的图像边沿检测爬虫算法在缺失引导线的情况下画出的引导线图。

图9为本实用新型专利的图像边沿检测爬虫算法在有障碍物的情况下画出的引导线图。

附：图中各部件的标记如下：1、机器人控制器，2、机器人底盘，3、机器人PCB电路板，4、机器人转向舵机，5、机器人摄像头，6、机器人摄像头支杆，7、机器人舵机摇臂,8、机器人舵机拉杆，9、机器人前挡板，10、机器人前轮安装座，11、机器人前轮，12、机器人后轮，13、机器人后轮安装座，14、机器人驱动齿轮组，15、机器人驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型专利的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型专利的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型专利的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1-5，本实用新型专利的实施例包括：一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，主要包括机器人控制器1、机器人底盘2、机器人PCB电路板3、机器人转向舵机4、机器人摄像头5、机器人摄像头支杆6、机器人舵机摇臂7、机器人舵机拉杆8、机器人前挡板9、机器人前轮安装座10、机器人前轮11、机器人后轮12、机器人后轮安装座13、机器人驱动齿轮组14、机器人驱动电机15；其特征在于：机器人控制器1安装于机器人PCB电路板3上表面右侧；机器人PCB电路板3安装于机器人底盘2中部；机器人摄像头5固定于机器人摄像头支杆6的上端，机器人摄像头支杆6安装于机器人底盘2前部的中间，用螺栓固定；机器人前轮11固定于机器人前轮安装座10上，机器人前轮安装座10安装于机器人底盘2前部两侧；机器人后轮12固定于机器人后轮安装座13上，机器人后轮安装座13安装于机器人底盘2后部两侧；机器人驱动电机15安装于机器人底盘2后部中间，并通过机器人驱动齿轮组14与机器人后轮12相连；机器人转向舵机4安装于机器人底盘2前部与机器人舵机摇臂7固定连接，机器人舵机摇臂7与机器人舵机拉杆8连接，然后再连接到机器人前轮11；机器人前挡板9安装固定于机器人底盘2前端，通过螺栓固定。

进一步的，诉述机器人控制器1为hc600型机器人控制器1，责对机器人摄像头传入的数字图像进行滤波、二值化、变换以及引导信息的提取；并解算出当前机器人所在位置以及引导信息的变化，从而控制机器人转向舵机4和机器人驱动电机15，以此实现机器人引导跟随和快速移动；从而实现机器人的快速准确地进行引导移动。

进一步的，诉述机器人底盘2为机器人的骨架结构，采用碳纤维材料制作，为整个机器人提供支撑作用。

进一步的，诉述机器人PCB电路板3为机器人的电路总和，为机器人控制器1、机器人转向舵机4、机器人摄像头和机器人驱动电机15提供稳定的电压电流。

进一步的，诉述机器人转向舵机4为Dynamixel AX-12+机器人专用舵机，是机器人的转向机构，在机器人控制器1控制下改变机器人的运动方向，实现机器人的引导跟随；

进一步的，诉述机器人摄像头为机器人提供当前机器人所在的环境信息，将采集的图像传输给机器人控制器1，通过机器人控制器1解算后得到控制信息；并且机器人摄像头5固定于机器人摄像头支杆6顶端，使得机器人具有一定的前瞻性，从而使机器人在高速运动时也具有快速响应。

进一步的，诉述机器人舵机摇臂7和机器人舵机拉杆8为连接机器人转向舵机4和机器人前轮的连接机构。

进一步的，诉述机器人前轮11通过机器人前轮安装座10安装于机器人底盘2前部，机器人后轮12通过机器人后轮安装座13安装于机器人底盘2后部，两者共同组成机器人的运动部件。

进一步的，诉述机器人驱动电机15为ZGB37RB机器人驱动马达，通过机器人后轮安装座13安装于机器人底盘2后部，并通过机器人驱动齿轮组14与机器人后轮12相连，为机器人运动提供动力。

本实用新型专利的工作原理为：机器人摄像头实时采集机器人当前所在环境的信息，并将采集的图像通过有线的方式传输给机器人控制器，机器人控制器第一步使用图像边沿检测爬虫算法得到引导信息，并将引导信息和上一次作比较，得出机器人当前所在位置，以及引导线的变化；一方面将引导线的变化作为机器人转向舵机控制的输入量，再通过经典PD位置式控制算法控制机器人转向舵机，进而控制机器人的转向，从而实现机器人对引导线的实时跟随。另一方面机器人控制器计算出机器人当前所在位置，并得出速度与目标值的偏差，再通过经典PID控制算法控制机器人驱动电机，实现机器人的实时速度最优，进而实现机器人的快速运动，在整个运动过程中系统由机器人PCB电路板为整个系统提供稳定的电压电流，实现机器人的快速移动；从而实现机器人的快速准确地进行引导移动。

本实用新型专利研究的图像边沿检测爬虫算法具体思路为：第一步确定爬虫初始点，即首先检测图像下部两边跳变沿；第二步确定爬虫初始爬取路径，即在爬虫初始点四周遍历图像，直到遇到跳变沿；第三步爬取图像信息中的引导信息，即爬虫在图像中沿爬取路径检测图像中的连续跳变沿，从而得到图像中的引导信息。

本实用新型专利实施例获得效果如下：在图6、7中可以看出图像边沿检测爬虫算法对引导线的还原是很真实的，很好地解算出了机器人运动的引导线中线，图中中间的一根黑线为解算出的引导线，两边黑色的为外界提供的机器人引导线。

在图8中可以看出在缺失引导线的情况下，图像边沿检测爬虫算法也能很好地解算出机器人运动的引导线中线，图中中间的一根黑线为解算出的引导线，两边黑色的为外界提供的机器人引导线。

在图9中可以看出在有障碍物的情况下，图像边沿检测爬虫算法能够将非连通的障碍物滤除掉，也能很好地解算出机器人运动的引导线中线，图中中间的一根黑线为解算出的引导线，两边黑色的为外界提供的机器人引导线。

以上所述仅为本实用新型专利的实施例，并非因此限制本实用新型专利的专利范围，凡是利用本实用新型专利说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型专利专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，主要包括机器人控制器、机器人底盘、机器人PCB电路板、机器人转向舵机、机器人摄像头、机器人摄像头支杆、机器人舵机摇臂、机器人舵机拉杆、机器人前挡板、机器人前轮安装座、机器人前轮、机器人后轮、机器人后轮安装座、机器人驱动齿轮组、机器人驱动电机；其特征在于：机器人控制器安装于机器人PCB电路板上表面右侧；机器人PCB电路板安装于机器人底盘中部；机器人摄像头固定于机器人摄像头支杆的上端，机器人摄像头支杆安装于机器人底盘前部的中间，用螺栓固定；机器人前轮固定于机器人前轮安装座上，机器人前轮安装座安装于机器人底盘前部两侧；机器人后轮固定于机器人后轮安装座上，机器人后轮安装座安装于机器人底盘后部两侧；机器人驱动电机安装于机器人底盘后部中间，并通过机器人驱动齿轮组与机器人后轮相连；机器人转向舵机安装于机器人底盘前部与机器人舵机摇臂固定连接，机器人舵机摇臂与机器人舵机拉杆连接，然后再连接到机器人前轮；机器人前挡板安装固定于机器人底盘前端，通过螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，其特征在于：机器人控制器为hc600型机器人控制器。

3.根据权利要求1所述的一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，其特征在于：机器人底盘为机器人的骨架结构，采用碳纤维材料制作。

4.根据权利要求1所述的一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，其特征在于：机器人转向舵机为Dynamixel AX-12+机器人专用舵机。

5.根据权利要求1所述的一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，其特征在于：机器人舵机摇臂和机器人舵机拉杆为连接机器人转向舵机和机器人前轮的连接机构。

6.根据权利要求1所述的一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，其特征在于：机器人前轮、机器人后轮两者共同组成机器人的运动部件。

7.根据权利要求1所述的一种新型的基于图像边沿检测爬虫算法的引导机器人，其特征在于：机器人驱动电机为ZGB37RB机器人驱动马达。