[发明专利]基于视觉的组合导航机器人及导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人自主导航的移动技术。 

背景技术

移动机器人自主导航有多种导航方式，主要有里程计、视觉导航、陀螺仪或者捷联惯导、超声波传感器导航、激光测距雷达导航等，虽然每种传感器都有导航的功能，但是单一传感器的导航总存在一些不足，如里程计和陀螺仪导航方式存在累积误差问题，视觉导航存在光线干扰导致可靠性降低等问题。激光测距雷达和超声波传感器虽然也能够导航，但是需要较多的参照物。 

针对以上问题，本发明采用了以视觉导航为主，同时融合光电编码器、超声波、陀螺仪等传感器的组合导航方式。采用1只彩色数码摄像机、4个光电编码器、16个超声波、1只陀螺仪作为传感器，通过彩色数码摄像机拍摄的图像、光电编码器输出的脉冲增量、超声波测距数据和陀螺仪输出的数据，处理后以组合导航的方式指引机器人在已知环境下运动，达到各导航方式优势互补，提高机器人环境适应能力的目的。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自主导航的移动机器人及其导航方法，该机器人具备人工遥控和自主导航功能，实现在已知环境中自主运动，可根据需要实现监视、运输、报警等功能。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种自主导航的移动机器人，包括：四轮驱动小车，所述小车车体上安装彩色数码摄像机；车体的前端和后端各安装若干个超声波传感器，用于检测机器人周围障碍物距离信息；车体内部安装陀螺仪，用来检测机器人姿态信息；四个光电编码器分别安装在四套伺服驱动电机上，作为里程计使用；电机控制器；机器人车体控制系统计算机，用于保证图像处理和控制的实时性。 

进一步的，本发明的自主导航的移动机器人还包括机器人通讯系统，用于以无线通信方式与远程操作台通讯。能够在远程操作台的遥控下，按照遥控指令行走。 

本发明同时提出了该基于视觉的组合导航机器人的导航方法，其特征在于，包括以下步骤： 

在所述机器人车体控制系统计算机内设置路径参数，所述路径参数包括机器人距离车道线距离、距离道路边缘的距离，机器人距离转弯标识的距离； 

机器人通过摄像机采集图像信息，寻找车道线，如果识别到车道线，则沿车道线行走；如果找不到车道线，则寻找道路边缘的植被分界线，如果识别到道路边缘的植被分界线，则沿着该道路边缘行走；如果识别到转弯标识，则进行转弯。 

所述机器人直线行驶时，通过摄像机检测出的车道线实时计算当前小车和车道线之间的第一横向位移和第一行驶角度偏差； 

实时用光电编码器和陀螺仪的计算当前小车和车道线之间的第二横向位移和第二行驶角度偏差；所述横向位移即为机器人中心与车道线或道路边缘的垂直距离，行驶角度偏差即为机器人当前行驶方向和欲行驶的规划路线之间的夹角； 

将每次获取的根据视觉计算出的小车和车道线之间的横向位移以及行驶角度偏差数据与用光电编码器和陀螺仪的计算当前小车和车道线之间的横向位移以及行驶角度偏差数据相比较； 

如果第一横向位移与第二横向位移的偏差大于第一位移偏差设定值，或者第一横向位移与第二横向位移的偏差大于第二位移偏差设定值并且第一行驶角度偏差与第二行驶角度偏差大于角度偏差设定值，则小车的直线行走采用光电编码器和陀螺仪计算的数据纠偏，否则采用根据视觉计算出的数据导航。 

所述机器人通过视觉检测人工设置标识得到机器人转弯信号，为防止机器人在未检测到标识的情况时会出现失控现象，所以同时将光电编码器获取的距离数据进行融合，在光电编码器数据超出设置数据时则认为机器人未检测到标识，机器人则按照光电编码器设置数据转弯，机器人转弯采用差动转向方法，差动转向过程中机器人会因为车轮滑动导致转角存在一定偏差，为减少偏差，使用陀螺仪检测转角，对转角进行补偿，最大程度减少误差。 

在机器人直行或转弯时，所述超声波传感器实时采集障碍物信息，遇到障碍物则停车报警，保证机器人以及周围环境中的物品安全。