1引言
正在研討機(jī)械視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技巧的根底上，基于層次結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)略先容導(dǎo)覽機(jī)器人控制系統(tǒng)的總體方案及軟硬件計(jì)劃。采取圖像處理中的邊緣檢測(cè)跟模板婚配方法停止機(jī)器人的視覺(jué)導(dǎo)航，使機(jī)器人正在結(jié)構(gòu)化途徑情況下可能自動(dòng)遁藏障礙物，?？康椒结樏?，并能向參訪者導(dǎo)覽講解，最初驗(yàn)證了該體系的有效性跟優(yōu)越性。
2導(dǎo)覽機(jī)器人簡(jiǎn)介
并聯(lián)分揀機(jī)器人多少錢(qián)分揀機(jī)器人的局限性導(dǎo)覽機(jī)器人用正在大型展覽館、博物館或其他會(huì)展中心，引誘參訪者沿著流動(dòng)門(mén)路參訪，向參訪者講解和停止簡(jiǎn)略對(duì)話。是以導(dǎo)覽機(jī)器人必需存在自立導(dǎo)航、門(mén)路計(jì)劃、智能避障、方針面的?？颗c定位、語(yǔ)音講解和能與參訪者停止簡(jiǎn)略對(duì)話等功用，并存在對(duì)外界情況快速反應(yīng)跟自適應(yīng)能力?；趯哟谓Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)覽機(jī)器人可分為：人工智能層、節(jié)制調(diào)和層跟運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層。此中人工智能層次要應(yīng)用CCD攝像頭計(jì)劃跟自立導(dǎo)航機(jī)器人的門(mén)路，節(jié)制層調(diào)和實(shí)現(xiàn)多傳感信息的融會(huì)，而運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走。圖1為智能導(dǎo)覽機(jī)器人的整體布局框圖。
3導(dǎo)覽機(jī)器人硬件計(jì)劃
3.1人工智能層硬件實(shí)現(xiàn)
思量到移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)要求處理速度快、便利外圍設(shè)備擴(kuò)展、體積跟質(zhì)量小等要求，是以上位機(jī)選用PC104體系，其軟件用C語(yǔ)言編程。采取USB攝像頭，收羅機(jī)器人后方的視覺(jué)信息，為機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航，門(mén)路計(jì)劃供給根據(jù)。外設(shè)麥克跟揚(yáng)聲器，當(dāng)機(jī)器人達(dá)到方針點(diǎn)后，停止導(dǎo)覽講解。
3.1.1節(jié)制調(diào)和層的硬件實(shí)現(xiàn)
機(jī)器人傳感器的拔取應(yīng)在于機(jī)器人的事情須要跟使用特色。這里選用超聲波傳感器、紅外傳感器、電子羅盤(pán)及陀螺儀，收羅機(jī)器人周圍環(huán)境信息，為機(jī)器人避障、門(mén)路計(jì)劃供給資助。應(yīng)用ARM處置懲罰平臺(tái)，經(jīng)由過(guò)程RS－485總線驅(qū)動(dòng)機(jī)電，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走。
導(dǎo)覽機(jī)器人要求傳感器精度稍下，重復(fù)性好，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性跟可靠性下。機(jī)器人正在前進(jìn)進(jìn)程中必需可能精確取得其地位信息，數(shù)字羅盤(pán)靠得住輸出航向角，陀螺儀丈量偏移并停止需要批改，以保障機(jī)器人行走的標(biāo)的目的沒(méi)有偏離。采取超聲波傳感器跟紅外傳感器相結(jié)合的方式獲得后方障礙物信息。該體系計(jì)劃選用6個(gè)超聲波傳感器跟6個(gè)紅外傳感器。此中，正前方跟正后方各1個(gè)，其余4個(gè)超聲波傳感器離別位于正前方跟正后方的兩邊，夾角為45°，紅外傳感器離別裝置正在超聲波傳感器的正上方1～2cm處。超聲波傳感器次要經(jīng)由過(guò)程測(cè)距實(shí)現(xiàn)避障，而紅外傳感器次要是用于賠償超聲波傳感器的盲區(qū)，斷定近距離是不是有障礙物。
3.1.2運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層的硬件實(shí)現(xiàn)
食品分揀機(jī)器人排名該智能導(dǎo)覽機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取直流伺服電機(jī)。這里選用三洋機(jī)電Super＿L額外輸出功率為60W，最大空載轉(zhuǎn)速為3000r／rain，并帶500線的光學(xué)碼盤(pán)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)響應(yīng)舉措。導(dǎo)覽機(jī)器人采取閉環(huán)控制，經(jīng)由過(guò)程光學(xué)碼盤(pán)丈量車輪速率的實(shí)際值并反應(yīng)給微控制器?；趯?shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值，驅(qū)動(dòng)器按必然的計(jì)算方法調(diào)劑響應(yīng)電壓，如斯重復(fù)，直到到達(dá)給定轉(zhuǎn)速。機(jī)器人調(diào)速采取FAULHABER公司的MCDC2805實(shí)現(xiàn)。它能實(shí)現(xiàn)速率同步機(jī)能，同時(shí)轉(zhuǎn)矩顛簸最小，內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器能精確達(dá)到指定地位。當(dāng)裝備Super_L機(jī)電及集成編碼器時(shí)，即便正在轉(zhuǎn)速非常低的環(huán)境下，也能到達(dá)0.180的定位控制精度。
3.2導(dǎo)覽機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)
經(jīng)由過(guò)程USB攝像頭或其他攝像頭收羅導(dǎo)覽機(jī)器人后方的視覺(jué)信息，經(jīng)由過(guò)程圖像處理算法處置懲罰視頻，使機(jī)器人可能停止門(mén)路計(jì)劃跟自立導(dǎo)航。經(jīng)由過(guò)程吸收基層的多傳感融會(huì)信息，可能實(shí)現(xiàn)近距離的避障，遇到障礙物時(shí)停止自動(dòng)報(bào)警。達(dá)到方針點(diǎn)后，可能語(yǔ)音講解，解說(shuō)完后能與參訪者停止簡(jiǎn)略對(duì)話。
4視覺(jué)導(dǎo)航
視覺(jué)導(dǎo)航機(jī)器人的全部體系由兩部門(mén)組成：增添了無(wú)線通信模塊跟無(wú)線攝像頭的才能風(fēng)暴機(jī)器人跟近程計(jì)算機(jī)。那兩部門(mén)之間的通訊由無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人包羅才能風(fēng)暴機(jī)器人、無(wú)線攝像頭跟無(wú)線通信模塊三個(gè)部門(mén)。正在機(jī)器人事情時(shí)，無(wú)線攝像頭將收羅到的視頻信號(hào)傳遞給無(wú)線視頻接收器，無(wú)線視頻接收器再經(jīng)由過(guò)程視頻采集卡(Osprey210)將待處理的視頻信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)顛末處置懲罰后，做出響應(yīng)的決議計(jì)劃，并將決議計(jì)劃旌旗燈號(hào)經(jīng)由過(guò)程無(wú)線通信模塊發(fā)送給機(jī)器人，如許便樹(shù)立了一個(gè)簡(jiǎn)略的閉環(huán)控制體系。無(wú)線通信模塊由兩個(gè)完全相同的無(wú)線串口通訊模塊構(gòu)成，事情正在全雙工形態(tài)。正在機(jī)器人中無(wú)線通信模塊與機(jī)器人的串口控制器毗鄰，正在計(jì)算機(jī)中無(wú)線通信模塊與計(jì)算機(jī)的COM心相連。
4.1圖象預(yù)處理
原始圖象為L(zhǎng)ogiteeh攝像頭收羅的一幅室內(nèi)用藍(lán)色標(biāo)簽建造的結(jié)構(gòu)化途徑圖片，像素巨細(xì)為320x240，起首將原始圖象停止灰度變換，并經(jīng)由過(guò)程拔取適合的閾值停止二值化處置懲罰。然后提取罔像有用信息，經(jīng)由過(guò)程形態(tài)學(xué)的收縮腐化等操縱提取前進(jìn)方向。如圖2所示。
廣州分揀機(jī)器人品質(zhì)圖3為罕見(jiàn)的邊緣算子檢測(cè)后果比力。從圖3中可看出Canny跟Sobel算子檢測(cè)后果絕對(duì)好些，此中Sobel算子對(duì)噪聲存在滑潤(rùn)作用，能供給較為正確的邊緣標(biāo)的目的信息。這里采取Sobel算子停止檢測(cè)，如圖4所示。
依據(jù)圖4，體系經(jīng)由過(guò)程hough變更檢測(cè)兩條直線的地位，測(cè)出圖象的兩條邊緣線離兩頭的像素巨細(xì)，再依據(jù)實(shí)際空中距離停止標(biāo)定，便可獲知機(jī)器人所在位置。
4.2模板婚配算法
模板婚配技巧是圖象方針辨認(rèn)技巧中一個(gè)緊張的研討標(biāo)的目的，存在算法簡(jiǎn)略、計(jì)較量小和識(shí)別率初等特色，現(xiàn)階段正在方針辨認(rèn)范疇失掉廣泛應(yīng)用。它是用一個(gè)較小的圖象，將模板與源圖象相比力，肯定正在源圖象中是不是存在與該模板不異或類似的區(qū)域，若該區(qū)域存在，可肯定其地位并提取該區(qū)域。它常采取模板與源圖象對(duì)應(yīng)區(qū)域的偏差平方和作為測(cè)度。
設(shè)f為MxN的源圖象，g為SxT的模板圖象，則偏差平方和測(cè)度界說(shuō)為：
當(dāng)A為常數(shù)時(shí)，則可用2B相匹配，當(dāng)D(x，y)取得最大值時(shí)，便認(rèn)為模板與圖象相匹配。平常假定A為常數(shù)時(shí)會(huì)發(fā)生偏差。嚴(yán)峻時(shí)將沒(méi)法精確婚配，是以可用歸一化互相閉作為偏差平方和測(cè)度，界說(shuō)為：
4.3模板婚配改善算法
可是按模板婚配算法供婚配計(jì)較工作量十分年夜，思量到相關(guān)是卷積的一種特定情勢(shì)和Matlab計(jì)較功用的壯大，采取FFT方式，正在頻域中計(jì)較后再停止逆變換便可供出。圖象跟定位模板圖象扭轉(zhuǎn)180°的傅里葉變更后作點(diǎn)乘運(yùn)算，再求其順FFT變更并前往空間域值也便相當(dāng)于相關(guān)運(yùn)算。正在求取空間域值的最大值后，再依據(jù)最大值拔取適合的閾值，便可肯定方針面的地位。試驗(yàn)中正在模板婚配勝利后，可將方針跟靠山顏色二值化，并用白色“十”字符號(hào)標(biāo)識(shí)表記標(biāo)幟，不斷更新數(shù)據(jù)信息。將?？奎c(diǎn)設(shè)定正在本人期冀的像素地位，然后自動(dòng)調(diào)劑機(jī)器人地位，計(jì)劃成如圖5情勢(shì)，可知機(jī)器人須要向左行駛。
圖6為視覺(jué)導(dǎo)航算法流程。
5試驗(yàn)成果與論斷
本文所先容的計(jì)劃為簡(jiǎn)略單純機(jī)器人(才能風(fēng)暴機(jī)器人)增添了視覺(jué)模塊跟無(wú)線通信模塊，并研討了相關(guān)算法跟戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)了自立門(mén)路跟蹤。為了使體系真正做到不變快捷，正在圖象預(yù)處理、門(mén)路辨認(rèn)跟門(mén)路跟蹤等各個(gè)環(huán)節(jié)皆充分考慮到算法的實(shí)時(shí)性與魯棒性。
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