[发明专利]一种基于视觉跟随的多机协调控制方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉跟随的多机协调控制方法，通过摄像头采集目标物体的中心点位置和目标物体的像素点数量，通过串口通信回传给主控，主控运用并联PID控制算法计算出相应的输出PWM占空比作用于电机从而实现移动平台对目标物体的跟随，本发明与现有的一些带定位基站的AGV集群系统相比，无需担心通信信号被屏蔽，也无需耗费资金建立基站。本发明的领航移动平台能够实时地将前方的障碍情况、队形指令告知后方的移动平台。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉跟随的多机协调控制系统及其设计方法，属于计算机视觉和控制工程领域，可应用在大规模农业AGV喷药、收割等的集群与编队。

背景技术

由于对机器人更强的需求和各种技术的革新，视觉机器人的出现成为了必然。目前视觉机器人的研究与模式识别、目标追踪、室内定位、避障、队形变换、信息交互等很多领域有关。视觉机器人的出现使得传统工业发生了翻天覆地的变化，在军事、国防、安全、工业、运输等领域，机器人代替人来进行工作，也减少了危险发生的可能性，安全得以保证。视觉机器人的发展与应用前景广泛，必将带来极大的经济与社会效益。

而随着单机器人的发展，人们渐渐发现，对于复杂、需要并行配合处理的任务，其局限性则体现了出来。为了完成类似的任务，人们对多机器人的研究越来越重视，通过多机器人的协调运动控制来完成单机器人完成不了的任务，便是多机器人研究的重点方向。多机器人的研究始于70年代，多机器人系统由多个独立的单机器人组成，每个机器人都可以独立的感知自身与环境，也可以进行相互通信，拥有自己独立的控制与驱动系统，也能对其他机器人的运动产生间接或直接的影响。总之，多机器人的出现弥补了许多单机器人的不足，其能够完成单机器人完成不了的任务，或改善某些单机器人系统的综合性能。近十多年来，多机器人已经成为了机器人研究的重要领域。

多机器人的分系统如何设计，采用什么样的平台，运用什么样的传感器，采用什么样的控制算法，多机器人间如何组网，怎么实现多机器人系统的协调控制，这些问题每一个都能成为多机器人热门的研究方向。本发明中提出了一种新的基于视觉跟随的多机组网控制方法。

发明内容

发明目的：在一些大规模的农场和物流量较大的仓储车间由于人工成本越来越昂贵，并且出错率会相对较高，便出现了轮式AGV集群作业，但是市面上的AGV集群控制方案依赖于昂贵的传感器和昂贵的通信方案。本发明提供了一种廉价且适合中小规模的多机协调控制系统设计方案，多机之间的跟随采用摄像头并结合一定的算法，多机之间的通信采用NRF24L01无线通信模块快速切换不同的频道实现一对多的通信。这样的多机协调控制系统适用于大规模的农业AGV喷药、收割等的集群与编队，与单独的AGV相比能够大大地提高作业效率和作业精度，从而达到“多核并行”的效果。

本发明采用的技术方案是：通过摄像头采集目标物体的中心点位置和目标物体的像素点数量，通过串口通信回传给主控，主控运用并联PID控制算法计算出相应的输出PWM占空比作用于电机从而实现移动平台对目标物体的跟随，本发明的全部步骤具体如下：

步骤1：对摄像头的感光元件进行设置，使得摄像头对光线的干扰不是很敏感；

步骤2：采集图像信息；

步骤3：图像信息处理，提取目标物体中心点位置坐标，计算目标物体感兴趣区像素点数量；

步骤4：摄像头模块将目标物体中心点位置坐标和感兴趣区像素点数量数据通过串口回传给主控；

步骤5：主控对接收到的位置和像素数据进行并联PID处理；

步骤6：将并联PID的输出作用于电机，实现视觉跟随闭环控制；

步骤7：当领航移动平台的视野里突然出现了有色障碍物，主控通过位置PID控制，以右优先原则使得障碍物移出视野，达到避障效果；