室内移动机器人新型视觉导航系统设计

《工业控制计算机》2010年第23卷第2期

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室内移动机器人新型视觉导航系统设计

NewVisionBasedNavigationSystemforIndoorMobileRobot

汪剑鸣

窦汝振(天津工业大学信息与通信工程学院,天津300160)

视觉导航作为一种重要的机器人导航方式正日益受到人们的关注,为了解决目前采用视觉导航存在的算法设计复杂、导航性能差等问题,提出一种新的室内移动机器人视觉导航系统设计方案。首先阐述了该导航新方法的设计思想,然后介绍了采用该方法的导航系统的整体结构设计。利用放置在室内固定位置的摄像机采集室内环境的视频图像,设计了实时图像分析算法实现障碍物躲避、机器人位置跟踪等功能,为机器人的行走提供导航依据,同时通过无线通信的方式发送控制指令,实现对室内移动机器人的行走过程导航控制。

关键词:图像分析算法,视觉导航,无线通信,机器人

Abstract

Vision-basednavigationasanimportantwayofindoorrobotnavigationhasreceivedextensiveattentionnowadays.Inordertosimplifiedthecurrentvisualnavigationalgorithmandimproveitsrobusty,anewindoormobilerobotvisualnaviga-tionsystemschemeispresentedinthispaper.Thefirstsectionintroducesthenewbasicprincipleofthissystem.Thenthewholestructureofthesystemareintroduced.Inordertocapturevideoimagesoftheindoorenvironment,avideocamerawasplacedinafixedpositionintheroom.

Keywords:imageanalysisalgorithm,visionnavigation,wireless

室内移动机器人新型视觉导航系统设计

communication,robot

室内移动机器人的导航方法是系统的重要组成部分,同时导航能力直接决定了机器人的移动能力和工作效果。目前,室内移动机器人采用的导航方法有:接触式导航、电磁式导航、视觉导航等。其中,视觉导航方式与人类自身的导航方式相同,因此成为最具发展潜力的方法。本文首先分析了目前室内移动机器人视觉导航存在的主要问题,并在此基础之上,提出了一种新的视觉导航方案,完成了使用该导航方法的室内移动机器人的导航系统设计。

机器人的移动提供依据。如图1中所示。

通过分析发现利用这种导航方式主要具有如下的优点:

1)可以有效地获取室内场所的全局信息。2)容易判断机器人在场所中的位置。

3)场景中静止的物体在拍摄的图像序列中是相对静止的,易

于设计算法实现导航。

2导航系统的设计方案2.1总体结构设计

系统利用图像采集模块从安装在室内天花板上的摄像头持续获取室内场景信息。然后,利用图像处理模块分析图像数据,获得场景中可行走区域,障碍物等信息。为机器人行走提供导航依据,并最终形成导航指令,通过无线指令收发模块发送给机器人,实现室内移动机器人的行走控制,系统功能示意如图2中所示。

1新的室内移动机器人视觉导航方法

目前,采用视觉导航方法的室内移动机器人,都把图像采集

设备安装到机器人上,并与其一同运动,使用这种方法机器人系统获取的场景图像会因机器人运动而不断变化,不仅使导航算法的设计比较复杂,而且对于摄像机定标模型和运动学模型相对要求较高,同时,这种方法无法直接获取场所的全局信息,使得导航效果较差。这就有待于我们寻求另外的设计方案使导航效果大幅提高。

为了解决上述问题,本文针对室内移动机器人的工作环境特点,采用图像采集处理模块与机器人分离设计的方案,把图像采集和图像处理设备安装到室内天花板上。拍摄室内的图像,为

图2系统整体结构图

2.2图像采集模块的设计

图像采集部分接收来自摄像头的PAL/NTSC模拟视频信号。采用通用的高速视频AD转换器TLC5510结合专用的同步

图1

室内移动机器人新型视觉导航系统设计

导航模型相对位置示意图

信号提取芯片LMI881的办法,可以实现对图像数据的实时采

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