[发明专利]一种用于矿山救援的机器人视觉系统及其控制方法

权利要求书

1.一种用于矿山救援的机器人视觉系统，其特征在于：包括救援机器人和相应的视觉及控制系统；救援机器人上设有采集现场图像的环境信息采集单元、驱动单元、连接和辅助单元、控制处理单元；环境信息采集单元包括两个相机(2)、两个LED光源(13)；驱动单元包括八个直流电机(14)、四个舵机(8)、八个驱动轮(11)和四个履带(12)；连接和辅助单元包括八个轴套(10)、两个供电电源(17)、四个大U型架(4)、四个小U型架(7)、两个箱盖(3)、控制器箱体(1)、急救物品箱体(5)、救援物品(16)、两个起盖卡扣(9)和两个箱盖转轴(6)；控制处理单元包括控制器(15)；控制器(15)上的视觉及控制系统包括图像采集模块、图像处理模块、电机及舵机驱动模块；

所述控制器箱体(1)和急救物品箱体(5)的前端上侧的中心位置分别安装有相机(2)，每个相机(2)的正下方均安装有一个LED光源(13)；两个箱盖(3)通过两个箱盖转轴(6)分别与控制器箱体(1)和急救物品箱体(5)连接；四个大U型架(4)和四个小U型架(7)用来固定四个舵机(8)并在四个舵机(8)进行转动时保证角度的调整；

所述八个直流电机(14)通过四根轴和八个轴套(10)与八个驱动轮(11)连接；四个履带(12)通过齿轮啮合关系与八个驱动轮(11)连接；

所述两个起盖卡扣(9)安装在两个箱盖(3)的外侧；控制器(15)和救援物品(16)分别安放在控制器箱体(1)和急救物品箱体(5)内；供电电源(17)安放在控制器箱体(1)的背面用于供电。

2.一种权利要求1所述的用于矿山救援的机器人视觉系统的控制方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

Step1、打开右侧箱盖(3)，将救援物品(16)装入急救物品箱体(5)中；

Step2、打开左侧箱盖(3)，打开控制器(15)的启动按钮；

Step3、相机(2)和LED光源(13)在控制器(15)中图像采集模块的驱动下开始进行图像采集与存储；

Step4、利用控制器(15)中的图像处理模块对控制器(15)中图像采集模块采集到的矿山道路图像进行道路坐标定位；

Step5、根据控制器(15)中的图像处理模块确定的道路定位坐标，利用控制器(15)中的电机及舵机驱动模块对直流电机(14)和舵机(8)进行角度的调整及驱动；

Step6、循环执行步骤Step3～步骤Step5，直至到达施救现场。

3.根据权利要求2所述的用于矿山救援的机器人视觉系统的控制方法，其特征在于：所述步骤Step3中，图像采集模块进行图像采集与存储的步骤如下：

Step3.1、系统初始化；

Step3.2、判断磁盘空间是否大于1G：

如果大于1G，则执行步骤Step3.3；否则，返回步骤Step3.1；

Step3.3、判断剩余空间是否大于0.5G：

如果大于0.5G，则执行步骤Step3.4；否则，返回步骤Step3.1；

Step3.4、打开相机(2)并开启LED光源(13)；

Step3.5、配置相机(2)的参数并调节LED光源(13)的亮度；

Step3.6、利用相机(2)配置的参数拍摄矿山道路图像；采集到的每幅道路图像尺寸x₁×y₁均相同；

Step3.7、以系统的机器时间命名对拍摄的矿山道路图像进行存储。

4.根据权利要求2所述的用于矿山救援的机器人视觉系统及其控制方法，其特征在于：所述步骤Step4中，图像处理模块进行道路坐标定位的步骤如下：

Step4.1、将道路图像由彩色图变换为灰度图；

Step4.2、对变换后的灰度图像进行直方图均衡；

Step4.3、对直方图均衡后的图像进行图像二值化处理；

Step4.4、对二值化处理后的图像进行图像取反；

Step4.5、对取反后的图像进行形态学开运算；

Step4.6、对开运算后的图像进行连通域大小的计算；

Step4.7、求取连通区域的面积和最大连通域面积的索引；

Step4.8、获取最大连通域的图像处理结果；

Step4.9、获取最大连通域图像的中心坐标(x₂，y₂)。

5.根据权利要求2所述的用于矿山救援的机器人视觉系统及其控制方法，其特征在于：所述步骤Step5中，电机及舵机驱动模块进行角度调整的步骤如下：

Step5.1、将中心坐标(x₂，y₂)投影到图像底部X轴上获取X轴上的中心坐标(x₂，y₁)，并连接两个坐标点形成直线l₁；

Step5.2、获取整幅图像底部X轴上的中心坐标(x₁/2，y₁)，并连接(x₁/2，y₁)与(x₂，y₂)形成直线l₂；

Step5.3、获取直线l₁与直线l₂之间的夹角θ；

Step5.4、判断x₁/2是否等于x₂：

如果相等，则执行步骤Step5.5；如果不相等，则执行步骤Step5.6；

Step5.5、四个舵机(8)不工作；

Step5.6、判断x₁/2是否大于x₂：

如果大于，则执行步骤Step5.7；如果不大于，则执行步骤Step5.8；

Step5.7、左侧第一个舵机(8)以角度θ为基准向左转动，左侧第二个舵机(8)以角度θ/2为基准向左转动，左侧第三个舵机(8)以角度θ/4为基准向左转动，左侧第四个舵机(8)以角度θ/8为基准向左转动；

Step5.8、左侧第一个舵机(8)以角度θ为基准向右转动，左侧第二个舵机(8)以角度θ/2为基准向右转动，左侧第三个舵机(8)以角度θ/4为基准向右转动，左侧第四个舵机(8)以角度θ/8为基准向右转动；

Step5.9、驱动轮(11)和履带(12)在直流电机(14)的驱动下带动机器人进行运动。