[发明专利]基于视觉信息的机器人沿引导线巡线导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航方法，特别涉及一种基于视觉信息的机器人沿引导线巡线导航方法。

背景技术

导航技术是可移动智能设备完成很多复杂功能的基础，在工业生产、生活、国防等领域有着广泛的应用前景。例如，在环境恶劣的工作场合，可用于引导机器人完成危险任务；在生产车间、码头等场合，可用于完成运输任务；在交通领域，可用于实现自适应巡航等等。

目前常用的导航手段有以下几种：基于轨道等固定路径的导航、基于测距雷达的导航、基于惯性陀螺仪的导航、基于GPS的导航以及各种方法的混合导航。以上方法有各自的优缺点：基于固定路径的导航控制起来简单，但需要铺设轨道或是电磁线路，安装及变更时很不方便；基于测距雷达的导航受周围环境变化的影响较大，且需要设置大量反射标识；基于惯性陀螺仪的导航简单灵活，但受各种干扰的影响会发生误差累计，长期运行会因误差太大儿无法工作；基于GPS的导航使用方便，自由度大，但由于精度有限，不适合局部区域的精确导航。

近年来，随着高质量低成本视觉传感器的普及以及机器人处理能力的不断提高，视觉传感器已成为机器人感知外部环境的重要部件；这使得通过视觉实现导航成为可能。但是，在现有技术中还没有出现基于视觉信息的导航产品和方法，而基于视觉的导航有着很广阔的应用前景。那些需要在空间不大、环境较复杂、路径固定的区域内实现高精度导航的场所，例如工厂、港口、车站等需要完成大量运输任务的地方，基于视觉的导航能够发挥非常重要的作用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够使机器人沿指定线路行走的基于视觉信息的机器人沿引导线巡线导航方法。

本发明的技术方案是这样实现的：基于视觉信息的机器人沿引导线巡线导航方法，包括如下步骤：（a）通过机器人上安装的视觉传感器获取环境图像；（b）从环境图像中获取路径信息，并将获取的路径信息传输到控制器；（c）控制器根据路径信息设定机器人的线速度和角速度。

本发明的有益效果是：本发明只需在地面上绘制出引导线即可实现导航，不需要轨道、陀螺仪、GPS或电子地图等软硬件的支持，安装和变更都很方便。定位精度可以轻易达到厘米级。且由于参照物固定，避免了因各种外部因素而引入的累计误差。结合模式识别的技术，可以使机器人在检测到特定标识后自动执行相应动作，这样大大拓展了视觉引导线的应用范围。

本发明可以应用在那些需要在空间不大、环境较复杂、路径固定的区域内实现高精度导航的场所，例如工厂、港口、车站等需要完成大量运输任务的地方。

本发明仿真结果可以充分证明，只要参数合适，使用并行分配补偿模糊控制算法设计实现的控制器，能够取得很好的控制效果。即使在控制周期长的情况下，该控制器依然能够对机器人进行有效控制，且整个过程十分平稳。

附图说明

图1为环境图像；

图2将环境图像映射到HSV空间后的图像；

图3对H域做二值化后的图像；

图4对二值化后的图像做中值滤波后的图像；

图5对中值滤波后的图像进一步处理后的图像；

图6路径搜索的过程示意图；

图7路径搜索后的结果；

图8使线速度的设定值按低频率变化测得实际的线速度响应；

图9使线速度的设定值按高频率变化测得实际的线速度响应；

图10使角速度的设定值按低频率变化测得实际的线速度响应；

图11使角速度的设定值按高频率变化测得实际的线速度响应；

图12采用初始化后的参数得到的响应曲线；

图13一种较为理想的阶跃响应；

图14采用固定参数的PID算法时在第一组参数（V=1m/s,delta_t=16.67ms，delta_w=10°/s）下得到的仿真路线【实线为预先设定的引导线，圆点组成的虚线表示仿真路线】；

图15采用固定参数的PID算法时在第二组参数（V=3m/s,delta_t=16.67ms，delta_w=10°/s）下得到的仿真路线【实线为预先设定的引导线，圆点组成的虚线表示仿真路线】；

图16采用固定参数的PID算法时在第三组参数（V=1m/s delta_t=100ms，delta_w=10°/s）下得到的仿真路线【实线为预先设定的引导线，圆点组成的虚线表示仿真路线】；

图17为图14对应的角速度曲线；

图18为图15对应的角速度曲线；

图19为图16对应的角速度曲线；