[发明专利]一种用于全向移动机器人的双视觉循迹装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人循迹和路径识别领域，具体来说，涉及一种用于全向移动机器人的双视觉循迹装置和方法。

背景技术

在路径已知的情况下，快速而准确地进行路径跟踪是移动机器人应用中的一个非常重要的问题。路径跟踪过程中经常通过机器人视觉识别路径，并提取路径信息。然而，普通的单向视觉只能监控机器人前端的路径偏离情况，而不能检测后端的情况，容易造成跟踪精度的下降甚至发生碰撞事故。双向视觉可以分别检测机器人前、后两端与参考路径的偏差，可以对路径高精度的跟踪和使运动更加安全平稳。

传统上多采用单视觉传感器，与普通的单向视觉相比，双向视觉可以从前、后两个角度观察机器人与引导线的相对位姿，相当于增加了汽车后视镜的功能，因此路径信息更加全面，反馈也更加准确。尤其对于车体较长的中型、大型机器人，从两个位置观测车体位姿尤其重要。“甩尾”现象是机器人前端在引导线上而后端偏离较远的情况，它会造成机器人跟踪精度下降，甚至可能发生与障碍物或墙壁的碰撞。这种现象通过单向视觉无法辨别，只有采用双向视觉从两个位置观察才能够加以区分，进而避免其发生。

机器人路径跟踪的首要任务是识别参考路径，通过图像传感器进行路径识别具有探测距离远、信号范围宽、获取信息完整等优点，因此在机器人路径跟踪中得到越来越广泛的应用。

发明内容

技术问题：本发明提供一种同时获取前后路径信息，实现全向移动机器人双视觉循迹的装置，利用双视觉装置同时采集并获取前后端路径信息，调整全向移动机器人车体使其前后端同时位于路径线上，避免机器人前后某一端不在路径范围内。本发明同时提供一种用于全向移动机器人的双视觉循迹装置的循迹方法。

技术方案：本发明的用于全向移动机器人的双视觉循迹装置，包括安装在全向移动机器人前端的前端视觉循迹系统、安装在全向移动机器人后端的后端视觉循迹系统、与所述前端视觉循迹系统、后端视觉循迹系统连接通讯的运动控制器，所述前端视觉循迹系统和后端视觉循迹系统均包括循迹相机、位于所述循迹相机上方的光源模块、与所述循迹相机和光源模块信号连接的图像处理器，所述前端视觉循迹系统用以获取机器人正前方的路径信息并发送给运动控制器，后端视觉循迹系统用以获取机器人正后方的路径信息并发送给运动控制器，所述运动控制器用以根据前后路径信息计算出机器人需要改变角度和位置，并调整机器人运动，使机器人前后端都在路径上。

进一步，本发明装置中，所述循迹相机用以获取路径图像，所述光源模块用以调整路径的光照明暗，所述图像处理器用以处理循迹相机的图像并提取出路径信息，控制光源模块。

进一步，本发明装置中，所述前端视觉循迹系统和后端视觉循迹系统的图像处理器分别根据循迹相机获取路径图像的清晰度和亮度控制光源模块改变光照亮度，使获取图像中的路径清晰完整。

进一步，本发明装置中，所述运动控制器根据获取的前端路径和后端路径的偏角和偏距信息，以及机器人前后端和路径的角度和位置关系，计算出机器人需要改变角度和位置，计算并调整机器人各轮子的速度值，使机器人前后端后都保持在路径上。

本发明的用于全向移动机器人的双视觉循迹装置的循迹方法，包括以下步骤：

步骤10)前端视觉循迹系统和后端视觉循迹系统的循迹相机分别进行图像采集：获取机器人车体前端和后端路径图像并发送给各自的图像处理器；

步骤20)前端视觉循迹系统和后端视觉循迹系统中的图像处理器分别对获取的图像进行预处理，并根据图像中路径清晰度和明亮程度调节光源模块，增强或减弱光照强度，所述预处理包括中值滤波、阀值分割和去除噪点；

步骤30)前端视觉循迹系统和后端视觉循迹系统的图像处理器对所采集图像中的路径处理和识别，获取前端路径和后端路径的偏角和偏距信息并发送给运动控制器，所述偏角通过计算图像中路径与中心线的角度得到，所述偏距信息通过计算图像中路径中心点和中心线中点距离得到；

步骤40)运动控制器接收机器人前后路径的偏角和偏距信息，根据机器人和路径的相对位置计算车体需要改变角度和位置；

步骤50)运动控制器根据车体需要改变角度和位置，采用逆运动学方程和PID算法计算并调整机器人各轮子的速度。