[发明专利]一种子弹跳机器人的回收系统及回收方法

权利要求书

1.一种子弹跳机器人的回收系统，包括：设置在母机器人上的图像采集装置、测距传感器、图像处理模块、方位识别单元、母控制单元以及无线通信网关，设置在子弹跳机器人上的标识、无线通信节点以及子控制单元，其特征在于：所述标识为圆形且两个面具有不同的视觉特征，在所述标识上还连接有一控制所述标识绕竖直轴360°转动的伺服电机；所述图像采集装置用于识别所述子弹跳机器人上的标识；所述测距传感器用于测量子弹跳机器人距母机器人的距离；所述图像处理模块对所述图像采集装置采集的标识形状进行处理得到椭圆圆心坐标、椭圆横轴以及椭圆纵轴；所述方位识别单元，根据所述图像处理模块处理得到椭圆圆心坐标识别所述子弹跳机器人在所述图像采集装置采集区域的位置和根据所述图像处理模块处理得到椭圆横轴和椭圆纵轴识别所述子弹跳机器人相对于母机器人的方位角；所述母控制单元根据所述方位识别单元得到的位置控制所述母机器人调整方位并使所述子弹跳机器人正对所述图像采集装置采集区域中央位置；所述无线通信网关用于将所述图像处理模块得到的方位角信息发送给所述子弹跳机器人；所述无线通信节点用于接收母机器人无线通信网关发出的方位角信息；所述子控制单元根据所述无线通信节点接收的方位角控制所述子弹跳机器人的航向正对所述母机器人。

2.根据权利要求1所述的子弹跳机器人的回收系统，其特征在于：所述视觉特征为颜色或亮度。

3.根据权利要求1或2所述的子弹跳机器人的回收系统，其特征在于：所述图像采集装置为彩色摄像头，所述测距传感器为红外深度摄像头。

4.一种基于权利要求1所述回收系统的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述母机器人原地慢速旋转自身航向角，并从图像采集装置产生的视频流截取图像序列；

步骤2：所述母机器人的图像处理模块实时对步骤1截取的图像序列进行解析，当图像中出现子弹跳机器人的标识时，母机器人停止转动，并利用圆形标识具有的圆形或椭圆形形态特征得到标识椭圆形形态下的4个参数x,y,a,b，其中x,y为椭圆圆心坐标，a为椭圆横轴，b为椭圆纵轴；

步骤3：经步骤2解析得到椭圆圆心在图像平面中的坐标(x,y)，获取子弹跳机器人相对母机器人的朝向；

步骤4：母机器人根据步骤3得到的朝向信息原地转向调整自身方位，使子弹跳机器人处于母机器人的正中位置；

步骤5：母机器人根据步骤2中得到的椭圆横轴和椭圆纵轴参数来指导子弹跳机器人航向调整，使子弹跳机器人的前端面正对母机器人；

步骤6：根据测距传感器获得的子弹跳机器人与母机器人之间的距离信息以及子弹跳机器人的弹跳距离，控制所述母机器人运动到子弹跳机器人的弹跳回收距离内；

步骤7：控制子弹跳机器人弹跳到母机器人回收盒中。

5.根据权利要求4所述的回收方法，其特征在于，所述步骤2中标识椭圆形形态下的4个参数x，y，a，b的处理步骤为：

步骤21、基于颜色识别对截取的图像提取标识颜色，从而定位感兴趣区域，对感兴趣区域图像选取合适的阈值二值化，并经平滑滤波处理，边缘检测；

步骤22、从得到的边缘图像中提取轮廓，在图像采集装置不同方位视角下，进行随机霍夫圆变换检测二值图像中的椭圆序列；

步骤23、选择阈值，将不符合条件的椭圆轮廓滤除；

步骤24、随机霍夫圆变换确定了椭圆的位置及形状，从参数集中得到椭圆的4个参数x，y，a，b，其中x,y为椭圆圆心坐标，a为椭圆横轴，b为椭圆纵轴。

6.根据权利要求4所述的回收方法，其特征在于，所述步骤3中获取子弹跳机器人相对母机器人的朝向的方法是：

定义方位系数D：D＝(2x-w)/w，其中w为图像宽度；

D≈-1时表示子弹跳机器人出现在彩色摄像头视野的左侧边界附近；

D≈1时表示子弹跳机器人出现在彩色摄像头视野的右侧边界附近；

D≈0时表示子弹跳机器人出现在彩色摄像头视野中央位置；

-1<D<0时,子弹跳机器人在彩色摄像头视野左侧，0<D<1时，子弹跳机器人2在彩色摄像头视野右侧。

7.根据权利要求4所述的回收方法，其特征在于，所述步骤5中子弹跳机器人航向调整的方法是：

初始位置时，标识圆面与子弹跳机器人前端面平行：

若a＝b，说明经步骤2提取的轮廓为圆形，此时标识正对图像采集装置，根据表面颜色判断标识的哪个面正对图像采集装置，如果是标识的正面则子弹跳机器人的航向不调整，如果是反面，则调整子弹跳机器人旋转角度π；

若a≈0，说明子弹跳机器人前端面与母机器人后侧面垂直，子弹跳机器人标识顺时针转动一定角度，若此时检测到a<b且为颜色一，则说明子弹跳机器人面向母机器人左侧方向，此时控制子弹跳机器人顺时针调整其航向π/2；若此时检测到a<b且为颜色二，则说明子弹跳机器人面向母机器人右侧方向，此时控制子弹跳机器人逆时针调整其航向π/2；

若0<a<b，说明标识轮廓为椭圆，记此时的a值为a₀：

(1)若表面为颜色一，则子弹跳机器人相对于母机器人的偏航角为θ＝arcos(a₀/b)，此时子弹跳机器人标识顺时针转动一定角度，母机器人重新检测a值，若a值增大则说明子弹跳机器人前端面面向母机器人左后方，控制子弹跳机器人顺时针调整其航向θ角度；若a值减小则说明子弹跳机器人前端面面向母机器人右后方，控制子弹跳机器人逆时针调整其航向θ角度；

(2)若表面为颜色二，则子弹跳机器人相对于母机器人的偏航角为θ＝π-arcos(a₀/b)，此时子弹跳机器人标识顺时针转动一定角度，母机器人重新检测a值，若a值增大则说明子弹跳机器人前端面背向母机器人左后方，控制子弹跳机器人逆时针调整其航向θ角度；若a值减小则说明子弹跳机器人前端面面向母机器人右后方，控制子弹跳机器人顺时针调整其航向θ角度。