[发明专利]基于视觉和电磁的融合巡线导航控制系统

说明书

技术领域

本发明属于自动检测与控制技术领域，特别涉及基于视觉和电磁的融合巡线导航控制系统。

技术背景

智能自主移动机器人是当今国际机器人研究领域的热点。而导航控制是智能移动机器人中的一个重要组成部分。近几年来，由于计算机图像处理能力和技术的飞速发展以及大量的数字图像处理设备性能价格比的提高，加之视觉子系统具有信号探测范围宽、目标信息完整等优势，视觉传感器在移动机器人导航中的应用越来越受到人们的重视并表现出很好的发展前景，但同时视觉本身需要在光照和视野以及天气比较好的条件下才可以应用的特点，也使得只靠视觉传感器采集道路信息完成导航受到了很多限制。电磁诱导技术是基于法拉第电磁感性效应的一种导航方式，其本身不易受天气情况以及光线变化的影响的特点，在很多环境得到了应用，但是由于电磁探头本身的特点，采集到的道路信息量比较少，同时在一些复杂电磁环境下容易被干扰，造成误导航的问题。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了基于视觉和电磁的融合巡线导航控制系统，它的结构如下：智能补光控制电路分别连接光照强度传感器、白光光源和信号融合与导航控制平台，视觉采集与处理平台连接视觉传感器，并通过RS485总线连接信号融合与导航控制平台，黄色导航线位于路面上；在路面下方铺设诱导导航线，诱导导航线为BV塑料铜芯电线，诱导导航线两端与电磁信号发生器相连构成通路，电磁信号发生器提供频率为20KHz、电流为30.0mA的正弦波信号或脉冲信号，使诱导导航线周围产生磁场；

1-N个结构相同的电磁位置传感器的结构如下：单片机分别连接第1电感线圈和第2电感线圈，单片机通过RS485总线连接信号融合与导航控制平台。

所述视觉传感器为CMOS摄像机或CCD摄像机。

所述视觉采集与处理平台为DSP平台，其型号为TMS320DM642；

所述信号融合与导航控制平台为S3C6410芯片；

所述单片机的型号为MSP430F1611。

所述视觉传感器安装于机器人的感官盒内，所述智能补光控制电路在机器人前端感官盒内部左侧固定，光照强度传感器和白光光源安装在机器人前端感官盒前表面；感官盒位于机器人的前部；

所述电磁位置传感器固定于机器人底盘上，第1电感线圈和第2电感线圈距离地面的高度均为50mm；单片机为电磁位置传感器的核心，单片机、第1电感线圈和第2电感线圈一起封装在电磁位置传感器盒体内，单片机位于电磁位置传感器盒体的中间位置，第1电感线圈和第2电感线圈位于电磁位置传感器盒体的两端。

所述视觉采集与处理平台安装在机器人中后部的控制盒中；

所述信号融合与导航控制平台安装在在机器人中后部的控制盒中。

所述黄色导航线和诱导导航线在竖直方向上重叠；

所述黄色导航线通过黄色油漆铺设而成；

所述诱导导航线周围套有地底PVC保护管道，诱导导航线与地面的垂直距离为20mm。

所述电磁信号发生器置于车外，安装在休息室墙壁上。

所述光照强度传感器的型号为BH1620，光照强度传感器能够感应外界的光强信号并以模拟电压量输出，作为智能补光控制电路的输入比较量进行使用；

所述智能补光控制电路使用LM2903比较器将光照强度传感器采集到的模拟电压量与预设值进行比较，当模拟电压量低于预设值后产生开关信号，白光光源发出白光；

所述白光光源为暖白色LED灯，其功率为3W。

本发明适应于长期室外运行，或者室内室外环境需要切换的应用场合，使用平台为可移动巡线导航控制机器人，主要工作是解决这类平台上述应用环境及要求下的导航控制，提供从传感器到最终控制信号输出的解决方案。

本发明的有益效果包括以下几点：

1)由于电磁感应不受天气干扰的特性，视觉传感器具有前瞻性，本发明可以利用前瞻数据优化速度，提升速度，从而使得本发明比单纯的电磁感应子系统(采用电磁诱导技术的系统)或者视觉子系统(采用视觉传感器的系统)获得了更高的速度效率，本发明还可以适应全天候，全年和一定范围的雨雪天气。

2)视觉传感器和电磁位置传感器可以单独使用，也可以融合使用，由智能决策器自动决策切换使用或者融合使用，从而发挥视觉数据的前瞻性，电磁数据的近距离准确性，同时可以智能适应高速、低速，以及过弯算法切换。