[发明专利]轮式运动机器人位置与角度的实时检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮式运动机器人位置与角度检测装置及方法，具体为基于摄像头的轮式运动机器人位置与角度的实时检测装置。

背景技术

现有的轮式运动机器人位置与角度的实时检测，多是由硬件传感器完成，如在电机轮轴上安装伺服电机和编码器以检测轮轴转动角度，角度乘以轮径得到转动的距离，通过叠加，得到了每一个轮子的总的行进距离，与初始坐标比对，就得到了机器人的位置坐标。同样的，在角度信息获取的过程中，需要在机器人内部安装电子罗盘或者GPS导航组件。这些方法虽然可以获得我们想要的信息，但是存在较大的缺点。

这种方法在应用中需要精确的知道机器人的几何参数（如轮径，轴距），而且在角度测量时，有时由于受到信号屏蔽的干扰和组件精度等影响，测量结果不是很精确，也不是很稳定。但是，这种方法最大的缺点却是增加了整个系统的复杂程度，使得系统的稳定性降低，同时也增加了成本。

发明内容

   本发明提供一种轮式运动机器人位置与角度的实时检测装置及方法，该装置结构简单，测量数据准确稳定，只需要一个安装在天棚上的摄像头，就能够获得所有需要的信息，取代了以往需要硬件传感器的方法，节约了成本，提高了精度。

   为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种轮式运动机器人位置与角度的实时检测装置，包括轮式运动机器人、图形采集卡、摄像头、上位机，其特点是：摄像头固定在天花板上，俯瞰地面，摄像头通过视频信号线与图像采集卡连接，图像采集卡的输出端与上位机连接，通过上位机控制轮式运动机器人左右电机转动。

一种轮式运动机器人位置与角度的检测方法，首先在被检测的轮式运动机器人表面做能够体现出其方向的颜色标记，通过摄像头实时采集图像，应用阈值法进行色彩处理或灰度处理，通过辨识标记物，得到轮式运动机器人在图像中的位置信息和角度信息。

在检测中通过摄像头实时采集得到轮式运动机器人上两个点，且两个点的连线与轮式运动机器人正向平行，通过比对两个点在图像中的信息，可以得到轮式运动机器人的正方向。

本发明的有益效果是：

该装置结构简单，布置容易，可以在光照强度不均匀的场合很好的工作，有较强的适应能力和鲁棒性。这种方法改进了以往依靠传感器判断机器人位置与角度的方法，简化了系统结构，提高了系统稳定性。

附图说明

图1是本发明的安装示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是轮式机器人的示意图；

图4是算法结构流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，本发明的轮式运动机器人位置与角度的实时检测装置，包括轮式运动机器人2、图形采集卡、摄像头1、上位机。

摄像头1固定在天花板上，俯瞰地面，摄像头1通过视频信号线与图像采集卡连接，图像采集卡的输出端与上位机连接，通过上位机控制轮式运动机器人左右电机转动。

一种轮式运动机器人位置与角度的检测方法，首先在被检测的轮式运动机器人1表面做能够体现出其方向的颜色标记，如与轮式运动机器人2正向平行的黑色长条，通过摄像头1实时采集图像，应用阈值法进行色彩处理或灰度处理，通过辨识标记物，得到轮式运动机器人2在图像中的位置信息和角度信息。

在检测中通过摄像头实时采集得到轮式运动机器人2上两个点，且两个点的连线与轮式运动机器人正向平行，通过比对两个点在图像中的信息，可以得到轮式运动机器人的正方向。

本发明应用多种算法。包括CAMShift图像运动物体跟踪算法，自适应算法，目标提取算法，轮廓检测算法，角度计算算法。其中在目标提取算法中涵盖多种情况，如彩色目标提取，黑白目标提取等，不同类型的标记物，所采用的算法也不一样。在角度计算算法部分也是一样，要视具体情况采用不同的算法，这部分算法主要由标记物的形状，摆放方式等决定。

   下面以黑白条形标记物为例对内部算法进行详细说明：

如图3所示，一个轮式运动机器人的示意图，采用的是黑色长条状标记物。图中箭头方向为轮式运动机器人的正方向；方框代表轮式运动机器人轮子3；圆形为轮式运动机器人2；方块为轮式运动机器人上的标记物4；黑圆点为机器人几何中心P；白色圆点为标记物几何中心，白色方框为包络标记物的最大外接矩形A。

内部算法大体上可分七大块，如图4所示：

S1、对当前帧调用CAMShift跟踪算法，得到包络轮式运动机器人的最小外接矩形A