基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人及其控制方法，包括機(jī)器人本體和機(jī)器人控制臺(tái)；機(jī)器人本體包括四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)、攝像頭、車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊；傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和測(cè)距傳感器；動(dòng)力模塊包括直流馬達(dá)、雙自由度舵機(jī)云臺(tái)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)；通信模塊包括機(jī)身Wi-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器；機(jī)器人控制臺(tái)包括內(nèi)置有Wi-Fi適配器的控制終端和控制終端ZigBee適配器；控制終端的Wi-Fi適配器與機(jī)身Wi-Fi適配器建立無(wú)線(xiàn)通信，控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器建立無(wú)線(xiàn)通信。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)多傳感器智能視覺(jué)跟蹤，同時(shí)采用Wi-Fi信道與ZigBee信道，使視頻數(shù)據(jù)傳輸與命令通信分開(kāi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人工智能機(jī)器人視覺(jué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人下位機(jī)的由Arduino Romeo V2控制板實(shí)現(xiàn)對(duì)接收到的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，并對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)與傳感器進(jìn)行控制，機(jī)器人上位機(jī)利用CamShift跟蹤算法對(duì)視覺(jué)窗口中選定的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，CamShift跟蹤算法利用目標(biāo)的顏色直方圖模型將圖像轉(zhuǎn)換為顏色概率分布圖，初始化一個(gè)搜索窗的大小和位置，并根據(jù)上一幀得到的結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整搜索窗口的位置和大小，從而定位出當(dāng)前圖像中目標(biāo)的中心位置，算法共分為三個(gè)部分:1)色彩投影圖(反向投影)，將RGB顏色空間對(duì)光照亮度變化較為敏感，為了減少此變化對(duì)跟蹤效果的影響，首先將圖像從RGB空間轉(zhuǎn)換到HSV空間；然后對(duì)其中的H分量作直方圖，在直方圖中代表了不同H分量值出現(xiàn)的概率或者像素個(gè)數(shù)，就是說(shuō)可以查找出H分量大小為h的概率或者像素個(gè)數(shù)，即得到了顏色概率查找表；將圖像中每個(gè)像素的值用其顏色出現(xiàn)的概率對(duì)替換，就得到了顏色概率分布圖。這個(gè)過(guò)程就叫反向投影，顏色概率分布圖是一個(gè)灰度圖像；2)MeanShift算法是一種密度函數(shù)梯度估計(jì)的非參數(shù)方法，通過(guò)迭代尋優(yōu)找到概率分布的極值來(lái)定位目標(biāo)；3)將MeanShift算法擴(kuò)展到連續(xù)圖像序列，就是CamShift算法，它將視頻中的所有幀進(jìn)行MeanShift運(yùn)算，并將上一幀的結(jié)果，即搜索窗的大小和中心，作為下一幀MeanShift算法搜索窗的初始值，如此迭代下去，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤，CamShift算法雖然解決了圖像上目標(biāo)跟蹤的問(wèn)題，但是在智能跟蹤機(jī)器人的視線(xiàn)內(nèi)并不能準(zhǔn)確判斷跟蹤目標(biāo)的遠(yuǎn)近，因而在實(shí)際跟蹤過(guò)程中跟蹤效果不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人，包括機(jī)器人本體和機(jī)器人控制臺(tái)；
[0006]所述機(jī)器人本體包括四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)、攝像頭、車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊；所述車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊均設(shè)置在四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上；
[0007]所述傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和測(cè)距傳感器；溫度傳感器的輸出端、煙霧傳感器的輸出端、光線(xiàn)傳感器的輸出端分別連接控制模塊的不同模擬信號(hào)接口 ；測(cè)距傳感器的輸出端連接控制模塊的數(shù)字信號(hào)接口 ；
[0008]所述動(dòng)力模塊包括直流馬達(dá)、雙自由度舵機(jī)云臺(tái)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)；雙自由度舵機(jī)云臺(tái)頂端安裝攝像頭，直流馬達(dá)、雙自由度舵機(jī)云臺(tái)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)的信號(hào)輸入端連接控制模塊的數(shù)字信號(hào)接口，前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)連接四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)的前輪；
[0009]所述通信模塊包括機(jī)身W1-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器；機(jī)身W1-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器分別與控制模塊連接，機(jī)身W1-Fi適配器還與攝像頭的輸出端連接；
[0010]所述機(jī)器人控制臺(tái)包括內(nèi)置有W1-Fi適配器的控制終端和控制終端ZigBee適配器；所述控制終端ZigBee適配器與控制終端相連，控制終端的W1-Fi適配器與機(jī)身W1-Fi適配器建立無(wú)線(xiàn)通信，控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器建立無(wú)線(xiàn)通信。
[0011]所述控制模塊與直流馬達(dá)之間連接有馬達(dá)電子調(diào)速器。
[0012]所述的基于多傳感器協(xié)同處理的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人的控制方法，包括以下步驟，
[0013]步驟1:攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)機(jī)身W1-Fi適配器發(fā)送到內(nèi)置有W1-Fi適配器的控制終端，視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到控制終端的顯示器上；
[0014]步驟2:溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和距離傳感器分別實(shí)時(shí)采集溫度信息、氣體濃度信息、環(huán)境亮度信息及目標(biāo)距離信息；
[0015]步驟3:控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信，傳送采集到的溫度信息、氣體濃度信息、環(huán)境亮度信息及目標(biāo)距離信息；
[0016]步驟4:通過(guò)控制終端選定跟蹤目標(biāo)和視覺(jué)跟蹤區(qū)域，利用CamShift算法提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)特征，并記錄目標(biāo)特征、當(dāng)前幀圖像的中心在視覺(jué)跟蹤區(qū)域的位置坐標(biāo)以及測(cè)距傳感器采集的當(dāng)前跟蹤目標(biāo)與機(jī)器人本體間的距離信息；
[0017]步驟5:控制雙自由度舵機(jī)云臺(tái)向上或向下運(yùn)動(dòng)以將跟蹤目標(biāo)調(diào)整至視覺(jué)跟蹤區(qū)域的中心位置；
[0018]步驟6:機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行距離跟蹤和視覺(jué)跟蹤:控制終端根據(jù)距離跟蹤向機(jī)器人本體發(fā)送前進(jìn)、后退或停止指令；控制終端根據(jù)視覺(jué)跟蹤向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)正指令；
[0019]機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行距離跟蹤的步驟如下:
[0020]I)記錄選定跟蹤目標(biāo)時(shí)刻機(jī)器人本體與跟蹤目標(biāo)的距離Dtl,并設(shè)定最小移動(dòng)距離，即跟蹤目標(biāo)至少最小移動(dòng)距離S，機(jī)器人本體才進(jìn)行跟蹤；
[0021]2)記錄當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人本體與跟蹤目標(biāo)的距離Dn，若Dn>DQ+S，則控制終端向機(jī)器人本體發(fā)送前進(jìn)指令，控制模塊接收該指令并下發(fā)至直流馬達(dá)控制機(jī)器人本體前進(jìn)，若DrKDtl-S,則控制終端向機(jī)器人本體發(fā)送后退指令，控制模塊接收該指令并下發(fā)至直流馬達(dá)控制機(jī)器人本體后退，否則，停止運(yùn)動(dòng)；
[0022]機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行視覺(jué)跟蹤的步驟如下:
[0023]I)利用前一幀圖像的目標(biāo)特征與攝像頭采集的當(dāng)前幀圖像進(jìn)行匹配，確定跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前幀圖像中的位置，并重新確定視覺(jué)跟蹤區(qū)域；
[0024]2)將視覺(jué)跟蹤區(qū)域分為左轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)正、右轉(zhuǎn)三個(gè)區(qū)域，控制終端根據(jù)跟蹤目標(biāo)所處區(qū)域及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)出控制命令；
[0025]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于左轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于前進(jìn)狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向左轉(zhuǎn)向；
[0026]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于左轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于后退狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送右轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向右轉(zhuǎn)向；
[0027]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于左轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向左轉(zhuǎn)向；
[0028]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于轉(zhuǎn)正區(qū)域且機(jī)器人本體處于前進(jìn)、后退或停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送轉(zhuǎn)正命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪轉(zhuǎn)正；
[0029]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于右轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于前進(jìn)狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送右轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向右轉(zhuǎn)向；
[0030]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于右轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于后退狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向左轉(zhuǎn)向；
[0031]當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于右轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于后退狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送右轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向右轉(zhuǎn)向；
[0032]步驟7:控制臺(tái)是否發(fā)出停止對(duì)跟蹤目標(biāo)的視覺(jué)跟蹤及距離跟蹤的指令，如果是，結(jié)束跟蹤，否則重復(fù)執(zhí)行步驟4至步驟6。
[0033]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)跟蹤，并結(jié)合目標(biāo)距離和視頻信息實(shí)現(xiàn)多傳感器智能視覺(jué)跟蹤，使跟蹤更加靈敏、準(zhǔn)確；同時(shí)采用W1-Fi信道與ZigBee信道，使視頻數(shù)據(jù)傳輸與命令通信分開(kāi)，既利用了 W1-Fi信道數(shù)據(jù)傳輸速率高、ZigBee信道數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)又避免了 W1-Fi使用的Socket通信同一時(shí)間只能單向傳輸、ZigBee傳輸速率低，無(wú)法傳輸圖像數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)；并且解決了傳統(tǒng)輪式機(jī)器人只能以輪速差原地轉(zhuǎn)向的問(wèn)題，通過(guò)前驅(qū)轉(zhuǎn)向舵機(jī)實(shí)現(xiàn)行進(jìn)中自由轉(zhuǎn)向功能；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)實(shí)時(shí)傳輸、遙控行進(jìn)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境拍照等高難度功能，是智能交通實(shí)現(xiàn)智能跟蹤、駕駛必不可少的組成部分，應(yīng)用前景較為廣泛。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人結(jié)構(gòu)框圖；
[0035]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的TTL與Micro USB端口連接示意圖；
[0036]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的USB轉(zhuǎn)TTL電路原理圖；
[0037]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的控制模塊控制直流馬達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)換示意圖；
[0038]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的基于多傳感器協(xié)同處理的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人的控制方法流程圖；
[0039]圖6是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行距離跟蹤的流程圖；
[0040]圖7是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的跟蹤區(qū)域劃分示意圖；[0041]圖8是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的控制模塊及其外圍電路連接示意圖；
[0042]圖9是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的多線(xiàn)程處理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人，包括機(jī)器人本體和機(jī)器人控制臺(tái)。
[0045]如圖1所示，機(jī)器人本體包括四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)、攝像頭、車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊；車(chē)燈采用LED燈，攝像頭選用天敏S607，控制模塊選用ArduinoRomeo V2，芯片型號(hào)為ARMEGA32U4，該控制芯片及其外圍電路連接如圖8所示；車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊均設(shè)置在四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上。
[0046]傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和測(cè)距傳感器；溫度傳感器的型號(hào)為L(zhǎng)M35，煙霧傳感器采用型號(hào)為MQ2的煙霧傳感器，光線(xiàn)傳感器采用光敏電阻，測(cè)距傳感器型號(hào)為Arduino URM37V3.2。溫度傳感器的輸出端、煙霧傳感器的輸出端、光線(xiàn)傳感器的輸出端分別連接控制模塊的不同模擬信號(hào)接口 ；測(cè)距傳感器的輸出端連接控制模塊的數(shù)字信號(hào)接口。
[0047]動(dòng)力模塊包括直流馬達(dá)、雙自由度舵機(jī)云臺(tái)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)；直流馬達(dá)選用型號(hào)為RC380的高速直流馬達(dá)，前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)型號(hào)為MG995，雙自由度舵機(jī)云臺(tái)的舵機(jī)采用MG995舵機(jī)；雙自由度舵機(jī)云臺(tái)頂端安裝攝像頭，前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)連接四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)的前輪?？刂颇K與直流馬達(dá)之間連接馬達(dá)電子調(diào)速器，馬達(dá)電子調(diào)速器的信號(hào)接收引腳與控制模塊的數(shù)字信號(hào)輸出引腳相連接，利用控制模塊的數(shù)字信號(hào)模擬出PWM脈沖信號(hào)發(fā)送給電子調(diào)速器來(lái)控制向直流馬達(dá)發(fā)出的電流大小，以此來(lái)控制直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速，原理如圖4所
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[0048]雙自由度舵機(jī)云臺(tái)為攝像頭提供了廣闊的視角范圍，左右可在180度范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，上下仰俯角的自由度也能達(dá)到135度，所以攝像頭的視角范圍可以完全覆蓋前方180度半球范圍；前驅(qū)轉(zhuǎn)向舵機(jī)是智能跟蹤機(jī)器人轉(zhuǎn)向動(dòng)力系統(tǒng)，通過(guò)主控板的控制下其左右最大轉(zhuǎn)向角度為45度，可以像真實(shí)的機(jī)動(dòng)車(chē)一樣在行進(jìn)的過(guò)程中自由、靈活地轉(zhuǎn)向。
[0049]通信模塊包括機(jī)身W1-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器；機(jī)身W1-Fi適配器由TP-LINK TL-WR703N 改裝:將 TTL 與 Micro USB 端 口連接，使 TP-LINK TL-WR703N 路由器能通過(guò)Micro USB端口收發(fā)TTL數(shù)據(jù)，原理如圖2所示，USB轉(zhuǎn)TTL電路原理如圖3所示。機(jī)身W1-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器分別與控制模塊連接，機(jī)身W1-Fi適配器還與攝像頭的輸出端連接。
[0050]機(jī)器人控制臺(tái)包括內(nèi)置有W1-Fi適配器的控制終端和控制終端ZigBee適配器；所述控制終端ZigBee適配器與控制終端相連，控制終端的W1-Fi適配器與機(jī)身W1-Fi適配器建立無(wú)線(xiàn)通信，控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器建立無(wú)線(xiàn)通信。
[0051]基于多傳感器協(xié)同處理的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人的控制方法，如圖5所示，包括以下步驟，
[0052]步驟1:攝像頭以每秒20幀采集像素為640*480的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)機(jī)身W1-Fi適配器發(fā)送到內(nèi)置有W1-Fi適配器的控制終端，視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到控制終端的顯示器上；
[0053]步驟2:溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和距離傳感器分別實(shí)時(shí)采集溫度信息、氣體濃度信息、環(huán)境亮度信息及目標(biāo)距離信息；
[0054]步驟3:控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信，傳送采集到的溫度信息、氣體信息、環(huán)境亮度信息及目標(biāo)距離信息；
[0055]數(shù)字/模擬傳感器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接控制模塊的數(shù)字/模擬接口，控制模塊將傳感器發(fā)回來(lái)的數(shù)字/模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成TTL信號(hào)通過(guò)機(jī)身ZigBee模塊發(fā)送給控制終端ZigBee模塊，控制終端通過(guò)解析數(shù)據(jù)獲取傳感器信息。
[0056]步驟4:控制終端根據(jù)采集到氣體濃度信息實(shí)時(shí)判斷環(huán)境中的易燃?xì)怏w，當(dāng)檢測(cè)到易燃?xì)怏w時(shí)控制終端在其顯示器上進(jìn)行報(bào)警顯示；根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)環(huán)境亮度信息判斷是否打開(kāi)車(chē)燈，當(dāng)環(huán)境亮度低于最低設(shè)定亮度值時(shí)，車(chē)燈打開(kāi)；
[0057]易燃?xì)怏w的濃度如下:
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人，其特征在于:包括機(jī)器人本體和機(jī)器人控制臺(tái)； 所述機(jī)器人本體包括四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)、攝像頭、車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊；所述車(chē)燈、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊和動(dòng)力模塊均設(shè)置在四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上； 所述傳感器模塊包括溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和測(cè)距傳感器；溫度傳感器的輸出端、煙霧傳感器的輸出端、光線(xiàn)傳感器的輸出端分別連接控制模塊的不同模擬信號(hào)接口 ；測(cè)距傳感器的輸出端連接控制模塊的數(shù)字信號(hào)接口； 所述動(dòng)力模塊包括直流馬達(dá)、雙自由度舵機(jī)云臺(tái)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)；雙自由度舵機(jī)云臺(tái)頂端安裝攝像頭，直流馬達(dá)、雙自由度舵機(jī)云臺(tái)和前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)的信號(hào)輸入端連接控制模塊的數(shù)字信號(hào)接口，前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)連接四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)的前輪； 所述通信模塊包括機(jī)身W1-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器；機(jī)身W1-Fi適配器和機(jī)身ZigBee適配器分別與控制模塊連接，機(jī)身W1-Fi適配器還與攝像頭的輸出端連接； 所述機(jī)器人控制臺(tái)包括內(nèi)置有W1-Fi適配器的控制終端和控制終端ZigBee適配器；所述控制終端ZigBee適配器與控制終端相連，控制終端的W1-Fi適配器與機(jī)身W1-Fi適配器建立無(wú)線(xiàn)通信，控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器建立無(wú)線(xiàn)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人，其特征在于:所述控制模塊與直流馬達(dá)之間連接有馬達(dá)電子調(diào)速器。
3.權(quán)利要求1所述的基于多傳感器協(xié)同處理的智能視覺(jué)跟蹤輪式機(jī)器人的控制方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1:攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)機(jī)身W1-Fi適配器發(fā)送到內(nèi)置有W1-Fi適配器的控制終端，視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到控制終端的顯示器上； 步驟2:溫度傳感器、煙霧傳感器、光線(xiàn)傳感器和距離傳感器分別實(shí)時(shí)采集溫度信息、氣體濃度信息、環(huán)境亮度信息及目標(biāo)距離信息； 步驟3:控制終端ZigBee適配器與機(jī)身ZigBee適配器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信，傳送采集到的溫度信息、氣體濃度信息、環(huán)境亮度信息及目標(biāo)距離信息； 步驟4:控制終端根據(jù)采集到氣體濃度信息實(shí)時(shí)判斷環(huán)境中的易燃?xì)怏w，當(dāng)檢測(cè)到易燃?xì)怏w時(shí)控制終端在其顯示器上進(jìn)行報(bào)警顯示；根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)環(huán)境亮度信息判斷是否打開(kāi)車(chē)燈，當(dāng)環(huán)境亮度低于最低設(shè)定亮度值時(shí)，車(chē)燈打開(kāi)； 步驟5:通過(guò)控制終端選定跟蹤目標(biāo)和視覺(jué)跟蹤區(qū)域，利用CamShift算法提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)特征，并記錄目標(biāo)特征、當(dāng)前幀圖像的中心在視覺(jué)跟蹤區(qū)域的位置坐標(biāo)以及測(cè)距傳感器采集的當(dāng)前跟蹤目標(biāo)與機(jī)器人本體間的距離信息； 步驟6:控制雙自由度舵機(jī)云臺(tái)向上或向下運(yùn)動(dòng)以將跟蹤目標(biāo)調(diào)整至視覺(jué)跟蹤區(qū)域的中心位置； 步驟7:機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行距離跟蹤和視覺(jué)跟蹤:控制終端根據(jù)距離跟蹤向機(jī)器人本體發(fā)送前進(jìn)、后退或停止指令；控制終端根據(jù)視覺(jué)跟蹤向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)正指令； 機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行距離跟蹤的步驟如下: I)記錄選定跟蹤目標(biāo)時(shí)刻機(jī)器人本體與跟蹤目標(biāo)的距離Dtl,并設(shè)定最小移動(dòng)距離，即跟蹤目標(biāo)至少最小移動(dòng)距離S，機(jī)器人本體才進(jìn)行跟蹤； 2)記錄當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人本體與跟蹤目標(biāo)的距離Dn，若Dn >隊(duì)+S，則控制終端向機(jī)器人本體發(fā)送前進(jìn)指令，控制模塊接收該指令并下發(fā)至直流馬達(dá)控制機(jī)器人本體前進(jìn)，若Dn< Dtl-S,則控制終端向機(jī)器人本體發(fā)送后退指令，控制模塊接收該指令并下發(fā)至直流馬達(dá)控制機(jī)器人本體后退，否則，停止運(yùn)動(dòng)； 機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行視覺(jué)跟蹤的步驟如下: 1)利用前一幀圖像的目標(biāo)特征與攝像頭采集的當(dāng)前幀圖像進(jìn)行匹配，確定跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前幀圖像中的位置，并重新確定視覺(jué)跟蹤區(qū)域； 2)將視覺(jué)跟蹤區(qū)域分為左轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)正、右轉(zhuǎn)三個(gè)區(qū)域，控制終端根據(jù)跟蹤目標(biāo)所處區(qū)域及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)出控制命令； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于左轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于前進(jìn)狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向左轉(zhuǎn)向； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于左轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于后退狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送右轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向右轉(zhuǎn)向； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于左轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē) 底盤(pán)上的前輪向左轉(zhuǎn)向； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于轉(zhuǎn)正區(qū)域且機(jī)器人本體處于前進(jìn)、后退或停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送轉(zhuǎn)正命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪轉(zhuǎn)正； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于右轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于前進(jìn)狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送右轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向右轉(zhuǎn)向； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于右轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于后退狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送左轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向左轉(zhuǎn)向； 當(dāng)跟蹤目標(biāo)位置處于右轉(zhuǎn)區(qū)域且機(jī)器人本體處于后退狀態(tài)時(shí)，控制終端通過(guò)控制終端ZigBee適配器向機(jī)器人本體發(fā)送右轉(zhuǎn)命令，機(jī)器人本體的控制模塊接收該命令并下發(fā)至前輪轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)底盤(pán)上的前輪向右轉(zhuǎn)向； 步驟8:控制臺(tái)是否發(fā)出停止對(duì)跟蹤目標(biāo)的視覺(jué)跟蹤及距離跟蹤的指令，如果是，結(jié)束跟蹤，否則重復(fù)執(zhí)行步驟5至步驟7。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103885449SQ201410136228
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】曲海成, 孟煜, 劉萬(wàn)軍 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)