基于频闪标的导航的机器人视觉系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于机器人导航领域，特别涉及一种基于“频闪标的”的视觉导航系统以及导航方法。该系统采用某种频率和规律的闪光信号作为导航的“标的”，通过摄像头获取该标的，建立视频图像坐标系后，通过数字处理技术将摄像头输出的视频信号中与频闪信号相同频率的信号析出，即根据频闪信号的特殊性，排除复杂的背景的干扰，然后根据图像扫描的行、帧序列的规律，得到“频闪标的”在该坐标系中所对应的坐标。当机器人行进中偏离目标路径时，“频闪标的”的坐标与既定方向坐标产生偏移，利用该偏移对行进方向进行矫正，引导机器人向正确方向行进。既定方向坐标在机器人导航规划图中事先设定。
【专利说明】基于频闪标的导航的机器人视觉系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机器人的基于视觉的导航系统，特指一种基于“频闪标的”的视觉导航系统，具体是机器人通过对线路上的具有一定频率和规律的视觉信号进行导航。
【背景技术】
[0002]在机器人的研究中，导航是一个十分重要的问题。从某种意义上来说，导航是智能车辆的核心技术，也使其实现真正智能化和完全自主移动的关键技术。智能机器人导航研究的目标就是在没有人干预的情况下使其有目的地移动并完成特定任务、进行特定操作。现有的导航方式有电磁导航、光反射导航和视觉导航等。其中电磁导航技术简单实用，但成本高，改造和维护困难；视觉导航虽然获得的信息丰富，但是图像处理计算量大，实时性差始终是一个瓶颈问题；光反射导航的原理是在路径上连续铺设光反射条，是一种方式简单、价格便宜的导航系统，但在路径上连续铺设反射条的方式在某些场合下并不适用，因此，这种导航方式还有很大的改进空间。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种简单精确、易于实现的视觉导航系统。
[0004]本实用新型的技术方案为:
[0005]包括信号源模块、图像采集模块、信号处理模块、计算控制模块和机器人执行单
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[0006]各部分的连接关系为:
[0007]信号源模块固定在机器人的行走路线上，可发出特定的频闪信号，安装在机器人上的图像采集模块可以采集信号源模块发出的频闪信号。图像采集模块与信号处理模块连接，由信号处理模块处理采集到的图像信号得到导航参数。计算控制模块与信号处理模块连接，可根据导航参数计算得到导航命令传递给机器人执行单元，由机器人执行单元控制机器人移动。
[0008]所述信号源模块采用STM8单片机控制激光管发射出光信号。为避免受到太阳光的干扰，激光管发出的光信号为经过调制的12.5Hz的连续正弦信号。
[0009]所述图像采集模块采用CCD摄像头，输出标准的视频信号。由采集到的信号确定机器人的行走轨迹。将该轨迹与设定方向作对比后可以得到机器人的偏移角度，再通过编程后输入单片机，可以得到机器人的运行轨迹，通过与指定方向作对照，可以将该信号反馈给机器人的方向系统，当机器人行驶正确时继续前行直到目标位置；当行驶错误时，使其改变错误运行轨迹。
[0010]本实用新型的有益效果为:
[0011]当机器人所处的外界环境发生改变时，无需让机器人对周围环境进行熟悉，只需将频闪标的放在摄像头能扑捉到频闪信号的目的位置，机器人就能按所设计的方向前行，故简单易行，操作性强。由于不用采集机器人所处环境的图像，避免了机器人在采集图像时所需的能量损耗，以及采集图像后期的处理工作，比如图像去噪处理等相关技术的运用，本实用新型只需将频闪信号的频率通过数字滤波器精确滤出然后进行分析即可，减少了运算比重，提高了机器人的反应速度。同时，由于机器人只对频闪灯所发出的信号的频率敏感，故机器人在黑暗环境下仍能正常工作，解决了传统导航中的机器人的一般视觉伺服在低照度的环境下容易伺服失败，从而不能工作于夜间的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的总体结构示意图。
[0013]图2为本发明的总体流程图。
[0014]图3为本发明的定位流程图。
[0015]图4为本发明的导航原理示意图。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型的总体结构框图如图1所示，包括信号源模块、图像采集模块、信号处理模块以及处理计算模块。
[0017]其中信号源模块为型号为STM8的单片机控制激光管发射，采用直接数字式频率合成芯片AD9835，将激光发射频率调制为12.5HZ，信号的规律为连续的正弦信号。
[0018]图像采集模块为机器人头部的电荷耦合器件CXD全固件摄像机，它主要包括光学物镜、CCD电耦合器件、红外灯板、输入输出接口线等组成。它将采集到的具有特定频率和规律的激光信号转换为高低起伏的电压信号。
[0019]将图像采集模块得到的电压信号通过DSP信号处理模块后转换为一系列的数字坐标，看其是否具有“频闪标的”的变化规律。如有，则读出编码，通过检查编码，舍去无效码。滤波、估值等处理，可以得到一系列不同的数，将该数字信号输入单片机后，通过编程，可以得到含有频闪点所对应的扫描线的具体位置。
[0020]将具体位置所对应的坐标输入到处理计算模块，同时将机器人方向系统所反馈的坐标也输入到处理计算模块通过数字信号处理模块TMS320F2812计算处理后得到机器人的偏移角度α，将该角度反馈给机器人的方向系统，进而使机器人按目的方向前行。
[0021]机器人在行走过程中，由于地面不是绝对平坦的，因此会出现抖动或者光线反射等不确定因素，采集到的视频信号的质量会受到这些因素的干扰。为了增强该导航系统对频闪信号的识别可靠性，提高导航的精确度，实现路径的正确识别和精确定位，需将数字滤波器的精度设置的足够高。
[0022]随着机器人的移动会出现一系列不同的坐标，这些坐标反映了机器人的运动轨迹，当机器人偏离了频闪标的所对应的方向时，我们所得到的连续的电压信号的波形与导航图中所设定方向比较时会有差别，因此在编程时可利用此差别计算出机器人偏离导航图所设定方向的角度，如机器人设定方向坐标为(Xn，yn)，偏离后坐标为(an，bn)，偏离角度为α，如附图4所示。将这个角度信号反馈给机器人内部的的方向系统，对车轮的行驶方向进行调整后即可以按目的方向前行。
【权利要求】
1.一种基于频闪标的导航的机器人视觉系统，其特征在于:包括信号源模块、图像采集模块、信号处理模块、计算控制模块和机器人执行单元； 各部分的连接关系为: 信号源模块固定在机器人的行走路线上，可发出特定的频闪信号，安装在机器人上的图像采集模块可以采集信号源模块发出的频闪信号；图像采集模块与信号处理模块连接，由信号处理模块处理采集到的图像信号得到导航参数；计算控制模块与信号处理模块连接，可根据导航参数计算得到导航命令传递给机器人执行单元，由机器人执行单元控制机器人移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于频闪标的导航的机器人视觉系统，其特征在于:信号源模块采用STM8单片机。
【文档编号】B25J13/08GK203438244SQ201220643247
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】李彦斌, 李熙 申请人:华北电力大学