[发明专利]一种移动视觉机器人及其测控方法

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉图像测量与自动控制技术领域，特别涉及一种移动视觉机器人及其测控方法。

背景技术

随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围随之扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。移动机器人在代替人工劳动以及在危险环境中工作都起到了很好的效果，因此一款高效，安全，可靠的移动机器人对于自动化工业生产十分重要。而现有移动机器人的引导方式又有很大的局限性，GPS引导误差很大，无法进行精确的移动和操作，而常见的电磁感应式或类似的引导又对工作环境要求很高，并且移动路径几乎完全固定。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种移动视觉机器人及其测控方法，移动机器人通过视觉图像方法进行引导，使移动机器人实现灵活准确的移动方式，并且为了进一步提高机器人精度，采取全局图像和局部细节图像两套图像互补的方法，同时利用视觉信息消除累积误差。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种移动视觉机器人，包括一个四轮全方位的移动平台1，移动平台1上固定一个可旋转并执行多种动作的机械手2，在移动平台1上用支架3固定有一台相机一4，可拍摄机器人正前方移动路径以及周围环境的全局图像，此外，在机械手2末端固定有一台相机二5，可根据实际情况调整机械手2位置及角度从而拍摄特定对象的细节图像，机器人移动平台1内部安装一台工控机6，用于接收动作指令，处理视觉图像，路径规划及发送操作指令等等。

所述四轮全方位移动平台1由四个安装有编码器7的直流电机8分别驱动四个全方位轮9所控制，可以实现狭小空间内各个方向的直行以及原地旋转等动作，所述相机一4可根据需求调整俯仰角和焦距等参数以满足对不同环境中的视距和视野范围等需求，所述相机二5位置跟随机械手2动作，视角总与机械手2操作平面相垂直。

工控机6通过串口向控制器10发送操作指令，控制器10生成对应的控制信号发送至移动平台1及机械手2的各个电机，并接收实时反馈信号实现负反馈控制，所述相机一4和相机二5同时将实时图像发送至工控机6以进行视觉分析，并根据视觉图像所提供的反馈信息实时控制移动机器人的各个动作。

本发明还提供了一种移动视觉机器人测控方法，包括以下步骤：

给定机器人具体动作指令，指令包含内容为对何种物体进行何种动作，以及目标物体的坐标方位；

计算并规划机器人移动平台1实际移动路径，工控机6根据路径产生操作指令控制机器人移动平台1转向目标位置；

机器人向目标位置移动，相机一4和相机二5实时采集移动路径上的图像，修正方向偏差并避免碰撞；

经过一次或多次移动接近目标位置后，根据相机一4采集的图像判断目标物体的具体方位坐标，修正移动路径；

令机器人机械手2移动至目标物体正上方后，根据相机二5采集的图像获取目标物体的精确位置与姿态信息，进而机械手2对目标物体完成指令中给定的动作；

根据相机一4采集的图像中的标定信息修正机器人移动平台1和机械手2的坐标误差，等待下一轮动作指令。

对于图像中目标物体的判断，是根据目标物体的多个特征构成的模型进行的，这些特征包括但不仅限于颜色特征，形状特征，大小特征，以及对应某些物体独有的突出特征，对于需要操作的物体需要分别对应相机一4采集的图像和相机二5采集的图像建立两套模型。主要思想是根据实际情况，首先根据颜色等特征对图像中的所有对象进行一次筛选，之后对筛选剩下的对象的提取轮廓进行模板匹配，从而得到目标物体在图像中的坐标位置。由于相机获取的图像会存在不同程度的畸变，因此需要对识别得到的目标物体在图像中的坐标进行坐标转换计算得到其世界坐标。

给定机器人移动指令时，仅需指出移动目的地的坐标，机器人便可自动计算最佳移动路径以并开始移动操作，同时记录并更新自身的坐标和方位角，同时机器人可根据周围环境特征修正移动误差造成的坐标偏移，防止累积误差产生而导致错误发生；误差修正过程主要利用相机一4采集的图像中可利用的正交于世界坐标系的直线特征或是标记，采用视觉方法计算这些直线的角度以及与机器人的距离，依次计算机器人的实际坐标和方位角，从而达到修正误差的目的。