本发明涉及机器视觉应用领域，尤其涉及一种基于视觉跟随的搬运小车及工作方法。
背景技术：
目前，货物配送工作方式一般由人力液压小车或机械化叉车进行，其对人工的劳动技能和强度有一定的要求。首先，传统的人工配送中心物流模式费时费力，人工搬运效率低、错误率高。其次，如今电子商务领域高歌猛进，淘宝、京东等电商平台对仓储库商品配送人员的需求量巨大，对配送人员劳动强度和技能要求极为严格，当业务量巨大时，将会出现劳动力供不应求的严重问题。再者，随着中国老龄化率的提高以及社会对劳动力的需求将会越来越大，劳动力缺乏的状况将愈发严重。提高劳动力利用率、增强自动化生产成为了当前中国社会发展的重要方向，也是当今时代智能化发展的主题。因此，一种基于视觉技术的物流小车控制系统势在必行。
对于视觉手势识别，国内外的学者均取得了大量的研究成果。如韩国inda大学和koreapolytechnic大学的jongshilllee、youongjoolee等人利用熵分析法将背景复杂的视频流中提取出手势区域并进行手势识别。印度研究者meenaskshipanwar在视觉手势识别的基础上提出了一种基于结构特征的手势识别算法，通过背景去除、方向检测、拇指检测和手指数量检测，来最终识别手势。三星推出了智能电视新品es8000，该款电视机把面部识别、手势识别和语言识别结合，用户可完成开关机、调节音量、换台等基本操作。清华大学计算机科学与技术系的祝远新等人提出了一种新的基于表观的手势识别技术。
谷歌公司在2013年10月10日申请了一个专利《用手势控制汽车》，用户能够在车内一定区域进行手势操作。比如，方向盘、空调出风口等。预设手势或许包括，车内乘客通过手、胳膊、腿部和头部等部位做出的任何动作。该项技术最接近于本发明研究的视觉技术的物流控制，但该技术方案存在显著的缺点和局限性：
汽车造价高，自身体积大，主要用于是作为人出行的交通工具，在公路上运行。作为长期货物运输或在路径偏小的地方运行则不适用；手势控制功能不是主要来控制车运行的，是属于车上的附加功能，本质上还是人在开车。
另一方面，电磁感应引导式agv在商业上使用最为广泛，电磁感应式引导一般使用于地面上，沿预先设定的行驶路径埋设电线。这种电磁感应引导式导航方法目前在绝大多数商业化的agvs上使用，尤其是适用于大中型的agv。该产品存在几个显著缺点和局限性：
运行环境，路径需要预先铺设，易受线路附近带磁性物质干扰，若地板上有钢筋或其他金属会导致运输车脱离轨道；
灵活性，路径难以更改扩展不适合现代工业柔性制程需要，不能适应复杂环境下的配送工作。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于视觉跟随的搬运小车及其工作方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于视觉跟随的搬运小车，包括安装有麦克纳姆轮的电机驱动的小车，小车包括车体，车体内设有安装有蓄电池组、步进电机驱动器、控制器，车体外部上表面设有终端显示屏、信号发射接收器，终端显示屏进行人机交互，车体的前端设有摄像头，摄像头进行视觉信号采集，车体外部的前侧面安装有车头左超声波探测器、车头右超声波探测器，后侧面安装有车尾左超声波探测器、车尾右超声波探测器，左侧面安装有左前超声波探测器、左后超声波探测器，右侧面安装有右前超声波探测器、右后超声波探测器，超声波检测器检测小车周围是否有障碍物。
基于视觉跟随的搬运小车的工作方法，包括三种工作模式，分别为手势控制模式、路线导航模式、自动跟随模式；
手势控制模式具体工作方法如下：首先通过终端显示屏设置小车运动模式为手势控制模式，人站在小车前方，手握拳式在摄像头前移动，摄像头采集手势信息发送至控制器，控制器向电机发送信号，驱动小车移动，运动过程中超声波检测器实时检测小车周围是否有障碍物；
路线导航模式具体工作方法如下：首先通过终端显示屏设置小车运动模式为路线导航模式，在终端显示屏上根据布局画出小车的路线，并确定，小车在控制器控制下沿路线导航移动，运动过程中超声波检测器实时检测小车周围是否有障碍物；
自动跟随模式具体工作方法如下：分别采集与小车不同距离时，使用者工作服背后的标准的logo图像，数字化处理后导入控制器；通过终端显示屏设置小车运动模式为自动跟随模式，使用者背对小车，摄像头获取实时logo图像，与标准logo图像对比，控制器判断与使用者距离、角度，控制小车运行。
自动跟随模式中，采集使用者工作服与摄像头相距0.5m、1.0m、1.5m时的图像分别作为a标准logo图像、b标准logo图像、c标准logo图像，当实时logo图像尺寸小于a标准logo图像，则小车加速；大于a标准logo图像，小于b标准logo图像时，则小车保持匀速；大于b标准logo图像，小于c标准logo图像时，则小车减速；大于c标准logo图像时，则小车停止。
自动跟随模式中，采集使用者工作服与摄像头相距1.0m时的logo图像作为标定图像，将实时logo图像锁定纵横比缩放至标定图像相近大小，分析实时logo图像左右两侧的尺寸，找到与标定图像差值最小的一侧，控制小车向这一侧转向。
超声波检测器检测障碍物的方法如下：车体一侧的两个超声波检测器同时发射超声波，计算超声波返回的时间，判断是否存在障碍物，障碍物距离；若两个超声波检测器检测结果相同，则小车继续行驶或停止，若两个超声波检测器检测结果不同，则控制小车向未检测到障碍物的超声波检测器一侧转向。
本发明的有益效果是：
本发明视觉处理技术与货物运输车的创新结合，让运输车的运行路线灵活，降低劳动人员的工作量；根据不同场景可以切换相应的工作模式，适用于不同的环境；改善劳动条件，降低劳动力水平，逐步提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为标准logo图像示意图；
图3为标定logo图像示意图；
图4超声波检测器检测障碍物示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于视觉跟随的搬运小车，包括安装有麦克纳姆轮的电机驱动的小车1，小车1包括车体2，车体2内设有安装有蓄电池组3、步进电机驱动器4、控制器5，车体2外部上表面设有终端显示屏6、信号发射接收器7，终端显示屏6可进行人机交互，显示小车1处于的状态，通过该终端显示屏6设置不同的小车运动模式，实时监测小车1的运行状况，以及异常现象的报警。车体2的前端设有摄像头8，摄像头8进行视觉信号采集，车体2外部的前侧面安装有车头左超声波探测器901、车头右超声波探测器902，后侧面安装有车尾左超声波探测器、车尾右超声波探测器(图中未示出)，左侧面安装有左前超声波探测器、左后超声波探测器(图中未示出)，右侧面安装有右前超声波探测器903、右后超声波探测器904，超声波检测器检测小车1周围是否有障碍物。
基于视觉跟随的搬运小车的工作方法，包括三种工作模式，分别为手势控制模式、路线导航模式、自动跟随模式；
手势控制模式具体工作方法如下：首先通过终端显示屏6设置小车运动模式为手势控制模式，人站在小车1前方，手握拳式在摄像头8前移动，摄像头8采集手势信息发送至控制器5，控制器5向电机发送信号，驱动小车1移动，运动过程中超声波检测器实时检测小车2周围是否有障碍物。
路线导航模式具体工作方法如下：首先通过终端显示屏6设置小车运动模式为路线导航模式，在终端显示屏6上根据布局画出小车1的路线，并确定，小车1在控制器5控制下沿路线导航移动，运动过程中超声波检测器实时检测小车1周围是否有障碍物。
自动跟随模式具体工作方法如下：分别采集与小车1距离0.5m、1.0m、1.5m时，使用者工作服背后的标准logo图像，如图2所示，分别作为a标准logo图像、b标准logo图像、c标准logo图像，数字化处理后导入控制器；通过终端显示屏6设置小车运动模式为自动跟随模式，使用者背对小车1，摄像头8获取实时logo图像，与标准logo图像对比，控制器5判断与使用者距离、角度，控制小车1运行；当实时logo图像尺寸小于a标准logo图像，则小车1加速；大于a标准logo图像，小于b标准logo图像时，则小车1保持匀速；大于b标准logo图像，小于c标准logo图像时，则小车1减速；大于c标准logo图像时，则小车1停止。
同时采集使用者工作服与小车1相距1.0m时的logo图像作为标定logo图像，如图3所示，将实时logo图像锁定纵横比缩放至标定logo图像相近大小，分析实时logo图像左右两侧的尺寸，找到与标定logo图像差值最小的一侧，控制小车1向这一侧转向，自动调整行驶方向，在一定误差允许范围内保持与使用者一致的前进方向。
超声波检测器检测障碍物的方法如下：如图4所示，车体2前侧的车头左超声波探测器901、车头右超声波探测器902同时向前发射超声波，计算超声波返回的时间，判断是否存在障碍物及障碍物距离；若两个超声波检测器检测结果相同，则小车1继续行驶或停止，若两个超声波检测器检测结果不同，则控制小车1向未检测到障碍物的超声波检测器一侧转向。本实施例中，左超声波探测器901发射的超声波s1被障碍物阻挡反射，车头右超声波探测器902发射的超声波s2未被阻挡，则判断左前有障碍物，则小车向车头右超声波探测器902一侧转向，规避障碍物。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。