[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

说明书

技术领域

本发明涉及人工智能机器人视觉领域，具体涉及一种基于多传感器的智能视觉跟踪轮式机器人及其控制方法。

背景技术

机器人下位机的由Arduino Romeo V2控制板实现对接收到的指令进行转化处理，并对动力系统与传感器进行控制，机器人上位机利用CamShift跟踪算法对视觉窗口中选定的目标进行跟踪，CamShift跟踪算法利用目标的颜色直方图模型将图像转换为颜色概率分布图，初始化一个搜索窗的大小和位置，并根据上一帧得到的结果自适应调整搜索窗口的位置和大小，从而定位出当前图像中目标的中心位置，算法共分为三个部分：1)色彩投影图(反向投影)，将RGB颜色空间对光照亮度变化较为敏感，为了减少此变化对跟踪效果的影响，首先将图像从RGB空间转换到HSV空间；然后对其中的H分量作直方图，在直方图中代表了不同H分量值出现的概率或者像素个数，就是说可以查找出H分量大小为h的概率或者像素个数，即得到了颜色概率查找表；将图像中每个像素的值用其颜色出现的概率对替换，就得到了颜色概率分布图。这个过程就叫反向投影，颜色概率分布图是一个灰度图像；2)MeanShift算法是一种密度函数梯度估计的非参数方法，通过迭代寻优找到概率分布的极值来定位目标；3)将MeanShift算法扩展到连续图像序列，就是CamShift算法，它将视频中的所有帧进行MeanShift运算，并将上一帧的结果，即搜索窗的大小和中心，作为下一帧MeanShift算法搜索窗的初始值，如此迭代下去，就可以实现对目标的跟踪，CamShift算法虽然解决了图像上目标跟踪的问题，但是在智能跟踪机器人的视线内并不能准确判断跟踪目标的远近，因而在实际跟踪过程中跟踪效果不好。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于多传感器的智能视觉跟踪轮式机器人及其控制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于多传感器的智能视觉跟踪轮式机器人，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。

所述控制模块与直流马达之间连接有马达电子调速器。

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，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：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5：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6：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；