[发明专利]一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统及方法

权利要求书

1.一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统，其特征在于，包括深度摄像机、中央处理器、机器人运动控制器、移动机器人，所述深度摄像机的输出端与所述中央处理器的输入端相联接，所述中央处理器的输入输出端与所述机器人运动控制器的输入输出端相联接，所述机器人运动控制器的输入输出端与所述机器人的输入输出端相联接；所述深度摄像机设置于所述移动机器人上，所述深度摄像机包含若干RGB-D传感器，所述RGB-D传感器的输出端与所述中央处理器的输入端相联接。

2.一种采用权利要求1所述的基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1：中央处理器实时从安置在移动机器人上的深度摄像机上的RGB-D传感器抓取图像以及深度数据进行障碍物检测，检测移动机器人运动路径上是否有障碍物；

步骤SS2：若所述中央处理器判断运动路径上无障碍物，则中央处理器发送控制信号给机器人运动控制器，机器人运动控制器发送运动控制指令给移动机器人控制移动机器人运动；

步骤SS3：若所述中央处理器判断运动路径上有障碍物，则生成避开障碍物的运动轨迹给所述机器人运动控制器，机器人运动控制器发送运动控制指令给移动机器人控制所述移动机器人运动。

3.根据权利要求2所述的一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统的构建方法，其特征在于，所述步骤SS1具体包括：

步骤SS11：深度摄像机的相机坐标系到移动机器人的机器人坐标系进行变换；

步骤SS12：通过地面检测实现障碍物检测；

步骤SS13：调节深度摄像机的视角为移动机器人运动提供安全通道并转入步骤SS11。

4.根据权利要求3所述的一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统的构建方法，其特征在于，所述步骤SS11具体包括：

设定O_c是相机坐标系原点，O_R是机器人坐标系原点，平面G代表地面；已知在机器人坐标系中每个黑球标定点的准确坐标值，并且已知黑球的半径，从而可以获得机器人坐标系中黑球中心的坐标值p_i＝(x_ri，y_ri，z_ri)；

通过深度摄像机的RGB-D传感器获得黑球在相机坐标系中的点云坐标；借助球体匹配算法，可以获得球心坐标值q_i＝(x_ci，y_ci，z_ci)；

定义：

ω_i0对应每一个点的权重；

其中，R为机器人坐标系和相机坐标系之间的旋转矩阵，t为平移矩阵；最小均方和对应的(R，t)，即为坐标系变换T(R，t)，从而获得障碍物相对于机器人坐标系的坐标值；

R＝C·T；

C为相机坐标系，R为机器人坐标系；安装多个的RGB-D传感器，那么每个的RGB-D传感器都按照标定步骤分别求取摄像机的相机坐标系到移动机器人的机器人坐标系的坐标系变换T_i(R_i，t_i)。

5.根据权利要求3所述的一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统的构建方法，其特征在于，所述步骤SS12具体包括：

通过RGB-D传感器提取RGB-D传感器的相机坐标系下地面的点云数据，即G_ci＝(x_gci，y_gci，z_gci)；经过坐标转换有G_Ri＝G_ci·T，通过平面方程匹配算法获得相对于机器人坐标系的地面方程的参数a、b、c和d；

即：ax+by+cz+d＝0；那么在地面以上的物体就会被检测为障碍物。

6.根据权利要求3所述的一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统的构建方法，其特征在于，所述步骤SS13具体包括：为确保移动机器人检测到前方足够区域的宽度、长度和深度，在移动机器人上安装的深度摄像机至少为两个，设定好高度摄像机的视野范围，为移动机器人提供安全区域。

7.根据权利要求3所述的一种基于深度摄像机的视觉运动通道的构建系统的构建方法，其特征在于，所述步骤SS3包括：设移动机器人的起始点为A，目标点为B，在A和B之间有若干障碍物C、D、E、F、G和H，从A点避过障碍物C、D、E、F、G和H到达到B点，需要在A点和B点生成一条运动轨迹；具体包括：

步骤SS31：从A点放出射线，寻找与障碍物相切的射线，并记下切点Pi，i为自然数；

步骤SS32：从A点到Pi点中选择长度最短的切线段APi，且考虑到移动机器人尺寸，使移动机器人顺利通过的切线段，即设定为切线段AP2；

步骤SS33：以P2点为新的起点，寻找下一个长度最短切线段，设定为切线段P2P7；

步骤SS34：最终当Pi与目标点B之间没有障碍物的时候，得到末段的长度最短的切线段PiB；

步骤SS35：最终生成运动轨迹A—P2—P7—Pi—B。