[发明专利]用于矩形目标检测的机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种用于矩形目标检测的机器人系统。

背景技术

机器人，英文名称Robot，是自动执行工作的机器装置。他既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。他的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。如今，机器人的发展已经从定点作业中走出来，正在向自主作业的方向发展。移动机器人在战地侦测、防灾救险、危险领域探测都有着广泛的应用前景。

移动机器人在作业过程中，由于经常处于复杂的作业环境中，为了保障各种操作的正常进行，需要避开行进过程中的各种前方目标对于自身操作的干扰，而前方目标的尺寸识别是机器人做出相应避障操作的依据，现有技术中存在一些应用于机器人的目标识别方案，但这些方案要不过于简单，容易受到干扰，例如通过检测目标边缘信息来识别目标尺寸，要不过于复杂，需要大量运算量，实时程度不高，例如，采用神经网络算法的目标检测方案。

因此，需要一种新的前方目标检测的机器人系统，能够准确识别到前方目标尺寸的同时，减少识别算法的复杂度，保证识别的效率和及时性，从而，提高机器人反应的灵敏程度，维持机器人的正常作业。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于矩形目标检测的机器人系统，针对最常见的矩形目标，搭建了一种结合图像识别技术和红外线传感技术的识别模式，识别运算量适中，保持了识别的及时性，同时识别的准确度得到提高，同时，还引入了无线通信技术以提高机器人系统运行的可靠性。

根据本发明的一方面，提供了一种用于矩形目标检测的机器人系统，所述机器人系统包括红外线测距检测仪、高清摄像头、目标识别检测设备和64位的三星Exynos 7处理器，所述红外线测距检测仪用于检测所述机器人系统前方的矩形目标距离所述机器人系统的前向距离，所述高清摄像头用于拍摄包含所述矩形目标影像的前方图像，所述目标识别检测设备与所述高清摄像头连接，对所述前方图像执行识别检测处理，所述Exynos 7处理器与所述红外线测距检测仪和所述目标识别检测设备分别连接，基于识别检测处理结果和前向距离确定所述矩形目标的实际尺寸。

更具体地，在所述用于矩形目标检测的机器人系统中，还包括：机器人动力驱动设备，包括直流电动机、两个驱动轮和两个万向轮，所述直流电动机驱动所述两个驱动轮，用于为所述机器人系统的行进提供动力；存储设备，用于预先存储目标上限灰度阈值和目标下限灰度阈值，所述目标上限灰度阈值和所述目标下限灰度阈值用于将图像中的目标和背景分离；无线收发设备，与远端的机器人控制平台通过双向无线通信链路连接，用于接收所述机器人控制平台发送的控制指令，所述控制指令中包含所述机器人系统的行进路径，还用于无线发送所述矩形目标的实际尺寸，所述矩形目标的实际尺寸包括所述矩形目标的实际高度和所述矩形目标的实际宽度；摄像照明设备，设置在所述高清摄像头上，为所述高清摄像头的拍摄提供照明，所述摄像照明设备的照明光的强度与所述高清摄像头周围环境的亮度成反比；所述红外线测距检测仪包括红外线发射器件和红外线接收器件，所述红外线测距检测仪用于根据所述红外线发射器件发射红外线的时间、所述红外线接收器件接收到从所述矩形目标反射回来的红外线的时间以及红外线传播速率计算所述前向距离；所述高清摄像头为CMOS摄像头，其拍摄的前方图像的分辨率为1280×960，即所述前方图像的图像高度为960个像素，图像宽度为1280个像素，所述高清摄像头拍摄的垂直视场角和水平视场角均为预设固定值；所述目标识别检测设备与所述存储设备和所述高清摄像头分别连接，所述目标识别检测设备包括对比度增强器件、高斯平滑滤波器件、灰度化处理器件、目标识别器件和目标检测器件，所述对比度增强器件与所述高清摄像头连接，用于对所述前方图像执行对比度增强处理，输出增强前方图像，所述高斯平滑滤波器件与所述对比度增强器件，用于对所述增强前方图像执行高斯平滑滤波处理，输出滤波前方图像，所述灰度化处理器件与所述高斯平滑滤波器件连接，用于对所述滤波前方图像执行灰度化处理，输出灰度化前方图像，所述目标识别器件与所述存储设备和所述灰度化处理器件分别连接，将所述灰度化前方图像中灰度值在所述目标上限灰度阈值和所述目标下限灰度阈值之间的像素识别并组成目标子图案，所述目标检测器件与所述目标识别器件连接，基于所述目标子图像确定所述目标影像的尺寸，所述目标影像的尺寸包括目标影像高度和目标影像宽度，所述目标影像高度为所述目标影像的竖向像素数量，所述目标影像宽度为所述目标影像的横向像素数量；所述Exynos 7处理器与所述机器人动力驱动设备、所述无线收发设备和所述目标检测器件分别连接，解析所述无线收发设备发送的控制指令以获得所述行进路径，基于所述行进路径向所述机器人动力驱动设备发送相应的动力驱动信号，所述Exynos 7处理器还基于所述目标影像高度、所述垂直视场角、所述前向距离和所述前方图像的图像高度确定所述矩形目标的实际高度，基于所述目标影像宽度、所述水平视场角、所述前向距离和所述前方图像的图像宽度确定所述矩形目标的实际宽度；显示器，与所述Exynos 7处理器连接，用于显示所述矩形目标的实际宽度和所述矩形目标的实际高度；其中，所述对比度增强器件、所述高斯平滑滤波器件、所述灰度化处理器件、所述目标识别器件和所述目标检测器件分别采用不同的FPGA芯片来实现。