[发明专利]一种视觉和激光融合的移动机器人跟踪人腿方法

说明书

本发明提供了一种视觉和激光融合的移动机器人跟踪人腿方法，主要涉及视觉跟踪、激光跟踪、多传感器融合、移动机器人等领域。为了解决移动机器人在跟踪行人腿部时，跟踪精度比较低，尤其在转弯时出现容易丢失的问题，本发明通过相机和激光雷达同时采集数据，相机通过分析人体腿部的姿态，采用腿部姿态特征提取算法，判断移动机器人是否需要转弯；采用卡尔曼滤波算法，预测人体腿部的位置；激光通过分析人体腿部的中心和移动机器人的距离，采用腿部圆弧特征识别算法，实现移动机器人对行人实时跟踪。本发明能够实现移动机器人对人体腿部的跟踪。

技术领域

本发明涉及机器人技术的控制领域，尤其是机器人传感器融合领域，特别是一种视觉和激光融合的移动机器人跟踪人腿方法。

背景技术

在智能物流和仓储过程中，移动机器人及其执行部件需要高精度的运动控制和路径规划，目前移动机器人在室内环境的定位导航与调度还没有具备自主化操作的能力，尤其是未知或者多变环境中需要多个移动机器人协同工作情况下。智能移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，机器人在行走过程中需要解决三个问题：自己在何处，要往何处去，如何到达该处。为了解决这些问题，需要对多种定位导航技术进行综合，进行深度融合达到未知环境下基于自适应融合方法的自主定位导航机制，实现移动机器人对人体腿部的跟踪。

目前实现机器人跟随人腿的方法很多，其中应用较广的是基于单一视觉的机器人自动跟随方法和基于单一激光雷达的机器人自动跟随方法。基于视觉跟踪人腿的方法，受光照、相机视野范围的因素影响，跟踪精度差。基于激光雷达跟踪人腿的方法，采集数据在移动机器人转弯时候，易出现目标丢失和失灵的情况，故障程度高。单一的传感器跟踪已经不能满足移动机器人发展的需要。在这种背景下，本专利的一种视觉和激光融合的移动机器人跟踪人腿方法应运而生。

另外，现有技术中公开了一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人，见公开号为：CN109434795A，公开日为：2019-03-08的中国专利，该专利公开了一种具有目标跟踪和自动避障的载物爬楼机器人；包括壳体、车架机构、轮腿机构和控制系统；其中壳体上具有载物平台，车架机构包括第一车架和第二车架，轮腿机构包括第一轮腿组和第二轮腿组，控制系统包括供电电源、硬件电路、驱动电机、编码器、单片机、PC机、手机APP、4G通信模块、超声波距离传感器、激光雷达和摄像头；该发明提供的载物爬楼机器人具有自动避障、图像识别跟踪和手机APP远程控制功能，达到了高效爬楼和平稳送货的效果。该专利虽然也进行了目标跟踪，但并不是机器人跟踪人的行走，且采用的技术方案与本专利也不相同。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的单一传感器的机器人跟随技术的不足，尤其是单一视觉传感器下精度低或单一激光雷达传感器下转弯失灵，提出了一种视觉和激光融合的移动机器人跟踪人腿方法。

本发明采用以下方案实现：一种视觉和激光融合的移动机器人跟踪人腿方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1、通过相机和激光雷达同时采集数据，相机获取人腿的姿态信息，激光雷达获取人腿的位置信息；移动机器人得到相机获取的姿态信息，则进入步骤S2；移动机器人得到激光雷达获取的位置信息，则进入步骤S4；

步骤S2、相机通过分析人体腿部的姿态信息，采用腿部姿态特征提取算法，判断行人是直行还是转弯；如果是直行的姿态，移动机器人直接跟随行人直行；如果是转弯的姿态，则进入步骤S3；

步骤S3、采用卡尔曼滤波算法获取转弯状态并通过运动控制实现移动机器人跟随行人转弯；

步骤S4、激光通过分析人体腿部的位置信息，采用腿部圆弧特征识别算法获取激光数据点中心坐标到移动机器人的实时距离，实现移动机器人对行人实时跟踪。