[发明专利]基于多传感器的智能视觉跟踪轮式机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种基于多传感器的智能视觉跟踪轮式机器人，其特征在于：包括机器人本体和机器人控制台；

所述机器人本体包括四轮驱动车底盘、摄像头、车灯、通信模块、控制模块、传感器模块和动力模块；所述车灯、通信模块、控制模块、传感器模块和动力模块均设置在四轮驱动车底盘上；

所述传感器模块包括温度传感器、烟雾传感器、光线传感器和测距传感器；温度传感器的输出端、烟雾传感器的输出端、光线传感器的输出端分别连接控制模块的不同模拟信号接口；测距传感器的输出端连接控制模块的数字信号接口；

所述动力模块包括直流马达、双自由度舵机云台和前轮转向舵机；双自由度舵机云台顶端安装摄像头，直流马达、双自由度舵机云台和前轮转向舵机的信号输入端连接控制模块的数字信号接口，前轮转向舵机连接四轮驱动车底盘的前轮；

所述通信模块包括机身Wi-Fi适配器和机身ZigBee适配器；机身Wi-Fi适配器和机身ZigBee适配器分别与控制模块连接，机身Wi-Fi适配器还与摄像头的输出端连接；

所述机器人控制台包括内置有Wi-Fi适配器的控制终端和控制终端ZigBee适配器；所述控制终端ZigBee适配器与控制终端相连，控制终端的Wi-Fi适配器与机身Wi-Fi适配器建立无线通信，控制终端ZigBee适配器与机身ZigBee适配器建立无线通信。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器的智能视觉跟踪轮式机器人，其特征在于：所述控制模块与直流马达之间连接有马达电子调速器。

3.权利要求1所述的基于多传感器协同处理的智能视觉跟踪轮式机器人的控制方法，其特征在于：包括以下步骤， 

步骤1： 摄像头采集的视频数据经机身Wi-Fi适配器发送到内置有Wi-Fi适配器的控制终端，视频数据实时显示到控制终端的显示器上；

步骤2：温度传感器、烟雾传感器、光线传感器和距离传感器分别实时采集温度信息、气体浓度信息、环境亮度信息及目标距离信息；

步骤3：控制终端ZigBee适配器与机身ZigBee适配器进行点对点无线通信，传送采集到的温度信息、气体浓度信息、环境亮度信息及目标距离信息；

步骤4：控制终端根据采集到气体浓度信息实时判断环境中的易燃气体，当检测到易燃气体时控制终端在其显示器上进行报警显示；根据采集到的实时环境亮度信息判断是否打开车灯，当环境亮度低于最低设定亮度值时，车灯打开；

步骤5：通过控制终端选定跟踪目标和视觉跟踪区域，利用CamShift算法提取当前帧图像中的目标特征，并记录目标特征、当前帧图像的中心在视觉跟踪区域的位置坐标以及测距传感器采集的当前跟踪目标与机器人本体间的距离信息；

步骤6：控制双自由度舵机云台向上或向下运动以将跟踪目标调整至视觉跟踪区域的中心位置；

步骤7：机器人本体运动过程中对跟踪目标进行距离跟踪和视觉跟踪：控制终端根据距离跟踪向机器人本体发送前进、后退或停止指令；控制终端根据视觉跟踪向机器人本体发送左转、右转或转正指令；

机器人本体运动过程中对机器人本体进行距离跟踪的步骤如下：

1）记录选定跟踪目标时刻机器人本体与跟踪目标的距离D₀，并设定最小移动距离，即跟踪目标至少最小移动距离S，机器人本体才进行跟踪；

2）记录当前时刻机器人本体与跟踪目标的距离Dn，若Dn＞D₀+S，则控制终端向机器人本体发送前进指令，控制模块接收该指令并下发至直流马达控制机器人本体前进，若Dn＜D₀-S，则控制终端向机器人本体发送后退指令，控制模块接收该指令并下发至直流马达控制机器人本体后退，否则，停止运动；

机器人本体运动过程中对机器人本体进行视觉跟踪的步骤如下：

1）利用前一帧图像的目标特征与摄像头采集的当前帧图像进行匹配，确定跟踪目标在当前帧图像中的位置，并重新确定视觉跟踪区域；

2）将视觉跟踪区域分为左转、转正、右转三个区域，控制终端根据跟踪目标所处区域及运动状态发出控制命令；

当跟踪目标位置处于左转区域且机器人本体处于前进状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送左转命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮向左转向；

当跟踪目标位置处于左转区域且机器人本体处于后退状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送右转命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮向右转向；

当跟踪目标位置处于左转区域且机器人本体处于停止状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送左转命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮向左转向；

当跟踪目标位置处于转正区域且机器人本体处于前进、后退或停止状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送转正命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮转正；

当跟踪目标位置处于右转区域且机器人本体处于前进状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送右转命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮向右转向；

当跟踪目标位置处于右转区域且机器人本体处于后退状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送左转命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮向左转向；

当跟踪目标位置处于右转区域且机器人本体处于后退状态时，控制终端通过控制终端ZigBee适配器向机器人本体发送右转命令，机器人本体的控制模块接收该命令并下发至前轮转向舵机控制四轮驱动车底盘上的前轮向右转向；

步骤8：控制台是否发出停止对跟踪目标的视觉跟踪及距离跟踪的指令，如果是，结束跟踪，否则重复执行步骤5至步骤7。