一种基于apriltag定位的机器人及巡逻方法与流程

本发明涉及机器人底盘控制，尤其涉及一种基于apriltag(视觉基准库)定位的机器人及巡逻方法。

背景技术：

现有的机器人巡线大多采用agv(自动导引运输车)磁导技术，通过有电磁或光学等自动导引装置沿规定的导引路径行驶，或者slam(即时定位与地图构建)地图构建技术，即机器人在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位,同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。而这两种技术的缺点就是成本都比较高，所以不适用于一些低成本的生活和工业场景之中。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种基于apriltag定位的机器人,可以降低整车的生产成本,缩短研发周期。

同时本发明还提供了一种基于apriltag定位的机器人的巡逻方法。

本发明可以通过如下技术方案实现：一种基于apriltag定位的机器人，其特征在于，包括电路主控板、供电模块、车底盘架、驱动模块、摄像头和apriltag标签巡线模块，所述电路主控板固定与车底盘架，所述摄像头安装于车底盘架，所述摄像头镜头方向朝下，所述供电模块安装于车底盘架，所述驱动模块安装于车底盘架，所述摄像头、供电模块和驱动模块均与电路主控板连接，所述apriltag标签巡线模块与所述摄像头信号连接,所述电路主控板通过摄像头的摄像头传感器通过识别apriltag标签巡线模块上的信息以判断巡逻的路线。

优选的，所述的apriltag标签巡线模块包括高对比度的横线轨道和多个apriltag标签，所述横线轨道放置有apriltag标签，所述apriltag标签和横线轨道均与所述摄像头信号连接，所述apriltag标签包括掉头标签、右转标签、左转标签和停止标签，所述横线轨道为红色，对比度高，容易被识别。

优选的，所述电路主控板设有中央处理器、陀螺仪芯片、can通信芯片、串口通信模块电路、adc转换器和电磁继电器,所述陀螺仪芯片与所述中央处器连接，所述驱动模块通过can通信芯片与中央处理器连接，所述中央处理器通过串口通信模块电路与机器人的遥控器信号连接，所述供电模块通过adc转换器和电磁继电器与中央处理器连接，所述陀螺仪芯片将准确的方位传输给中央处理器,所述can通信芯片用于将中央处理器的信号传输给电机，同时接收电机的反馈信号，所述串口通信模块电路用于接收遥控器的信息以此控制机器人底盘，所述adc转换器和电磁继电器模块用于测量电池电量，当电量偏低时自动切换为备用电池供电。

优选的,所述驱动模块包括电机、电机驱动调节器、联轴器和轮轴组件，所述轮轴组件和电机都设有四个，所述轮轴组件安装于所述车底盘架的四个边角，所述电机固定于所述车底盘架，每个轮轴组件分别通过所述联轴器与相应的电机的动力输出轴连接，所述电机的信号输入端过电机驱动调节器与所述电路主控板连接，stm32f7处理器通过can通信芯片控制电机转动。

优选的，所述轮轴组件包括车轴、麦克纳姆轮、固定座和轴承，所述麦克纳姆轮与所述车轴的一端连接，所述轴承固定在固定座的一端，所述车轴的另一端穿过轴承与所述联轴器的一端连接，所述电机的电机轴穿过所述固定座另一端与联轴器的另一端连接，电机通过轮轴带动麦克纳姆轮运动。

优选的，所述车轴上套有轮轴卡簧，所述轮轴卡簧位于所述联轴器与轴承之间，可防止运动时联轴器与轴承之间摩擦。

优选的，所述供电模块包括主供电电池和备用电池，所述主供电电池通过主电池架固定在所述车底盘架的底部，所述备用电池通过备用电池架固定于所述车底盘架的底部，所述主供电池和备用电池均与电路主控板连接，所述adc转换器和电磁继电器模块用于测量电池电量，当电量偏低时自动切换为备用电池供电。

一种基于apriltag定位的机器人的巡逻方法，包括以下步骤：

在机器人行驶的过程中，摄像头扫描横线轨迹，通过摄像头传感器传输给中央处理器，中央处理器识别出机器人的巡逻路线，同时测量出巡逻路线与横线轨道的夹角，然后把夹角的数据值作为反馈值进行pid解算后传送给can通信芯片，can通信芯片通过电机驱动调节器控制各个电机的转速，以通过控制各个车轮的转速实现调整机器人的行进方向，从而保证机器人按特定的路线进行巡逻；

当摄像头扫描到apriltag标签时，通过摄像头传感器传输给中央处理器，中央处理器识别出apriltag标签中所标识的指令，中央处理器根据指令向can通信芯片传达控制信号，则can通信芯片根据控制信号通过电机驱动调节器控制各个电机的转速，以控制机器人进行相应的指令动作。

优选的，所述指令动作包括掉头、旋转、停止、左转、右转和后退。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、相对于agv磁导技术或者slam地图构建技术，本产品采用apriltag标签定位的巡线方式，只需要在机器人内加入摄像头组件，并在地上贴好apriltag标签即可，可以降低整车的生产成本。

2、本产品通过apriltag标签定位，代替了传统定位中冗余的定位标签以及额外的材料，使得底盘上可以搭载各种特定的上层机构。

3、本发明利用apriltag标签来实现机器人的掉头、转向等动作，操作简单，可以缩短研发周期。

附图说明

图1是本发明实施例机器人的整体结构示意图。

图2是本发明实施例机器人的主视示意图。

图3是本发明实施例机器人的侧视示意图。

图4是本发明实施例机器人的俯视示意图。

图5是本发明实施例机器人的固定座示意图。

图6是本发明实施例机器人的摄像头及控制电路板位置图示意图。

图7是本发明实施例的apriltag巡线应用示例图示意图。

图8为本发明实施例的中央处理器电路图。

图9为本发明实施例的转换器电路图。

图10为本发明实施例的陀螺仪电路图。

图11为本发明实施例的can芯片电路图。

其中1为电路主控板，2为车盘底架，3为麦克纳姆轮，4为车轴，5为轴承，6为轮轴卡簧，7为摄像头，8为电机，9为固定座，10为连州器，11为主电池架，12为横线轨迹，13为apriltag标签，14为主供电电池，15为备用电池架，16为备用电池，id＝0为掉头标签，id＝1为左转标签，id＝2为右转标签，id＝3为5秒停止标签，id＝4为15秒停止标签。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图6所示，一种基于apriltag定位的机器人，其特征在于，包括电路主控板1、供电模块、车底盘架2、驱动模块、摄像头7和apriltag标签巡线模块，所述电路主控板固定与车底盘架，所述摄像头7安装于车底盘架2，所述摄像头7镜头方向朝下，所述供电模块安装于车底盘架2，所述驱动模块安装于车底盘架2，所述摄像头7、供电模块和驱动模块均与电路主控板1连接，所述apriltag标签巡线模块与所述摄像头信号连接，机器人通过识别apriltag标签巡线模块上的信息以判断巡逻的路线，所述电路主控板1通过摄像头7的摄像头传感器通过识别apriltag标签巡线模块上的信息以判断巡逻的路线。

如图6所示，所述的apriltag标签巡线模块包括高对比度的横线轨道12和多个apriltag标签13，所述横线轨道12放置有apriltag标签13，所述apriltag标签13和横线轨道12均与所述摄像头7信号连接，所述apriltag标签包括掉头标签id＝0、右转标签id＝1、左转标签id＝2、5秒停止标签id＝3和15秒停止标签id＝4，所述横线轨道12为红色，对比度高，容易被识别。

电路主控板1设有电路图如图8所示的中央处理器、电路图如图10所示的陀螺仪芯片、电路图如图11所示的can通信芯片、串口通信模块电路、电路图如图9所示的adc转换器和电磁继电器,所述陀螺仪芯片与所述中央处器连接，所述驱动模块通过can通信芯片与中央处理器连接，所述中央处理器通过串口通信模块电路与机器人的遥控器信号连接，所述供电模块通过adc转换器和电磁继电器与中央处理器连接，所述陀螺仪芯片将准确的方位传输给中央处理器,所述can通信芯片用于将中央处理器的信号传输给电机，同时接收电机的反馈信号，所述串口通信模块电路用于接收遥控器的信息以此控制机器人底盘，所述adc转换器和电磁继电器模块用于测量主供电电池14电量，当电量偏低时自动切换为备用电池16供电，所述中央处理器为stm32f405rgt6处理器，陀螺仪芯片为mpu6050螺旋仪芯片、can通信芯片为sn65hvd232d通信芯片、adc转换器ad8628转换器。

如图4、图5所示,所述驱动模块包括电机8、电机驱动调节器、联轴器10和轮轴组件，所述轮轴组件和电机8都设有四个，所述轮轴组件安装于所述车底盘架2的四个边角，所述电机8固定于所述车底盘架2，每个轮轴组件分别通过所述联轴器与相应的电机8的动力输出轴连接，所述电机的信号输入端过电机驱动调节器与所述电路主控板连接，stm32f7处理器通过can通信芯片控制电机转动。

如图5所示，所述轮轴组件包括车轴4、麦克纳姆轮3、固定座9和轴承5，所述麦克纳姆轮3与所述车轴4的一端连接，所述轴承5固定在固定座9靠近车轴4的一端，所述车轴4的另一端穿过轴承5与所述联轴器10的一端连接，所述电机8的电机轴穿过所述固定座9另一端与联轴器10的另一端连接，电机通过轮轴带动麦克纳姆轮运动。

如图5所示，所述车轴上套有轮轴卡簧6，所述轮轴卡簧6位于所述联轴器10与轴承5之间，可防止运动时联轴器与轴承之间摩擦。

如图2所示，所述供电模块包括主供电电池14和备用电池16，所述主供电电池14通过主电池架11固定在所述车底盘架2的底部，所述备用电池16通过备用电池架15固定于所述车底盘架2的底部，adc转换器和电磁继电器模块用于测量电池电量，当电量偏低时自动切换为备用电池供电。

优选的，基于apriltag定位的机器人的巡逻方法如下：

在机器人行驶的过程中，摄像头7扫描横线轨迹12，通过摄像头传感器传输给中央处理器，中央处理器识别出机器人的巡逻路线，同时测量出巡逻路线与横线轨道的夹角，然后把夹角的数据值作为反馈值进行pid解算后传送给can通信芯片，can通信芯片通过电机驱动调节器控制各个电机8的转速，以通过控制各个车轮的转速实现调整机器人的行进方向，从而保证机器人按特定的路线进行巡逻；

当摄像头7扫描到apriltag标签13时，摄像头扫描横线轨迹，通过摄像头传感器传输给中央处理器，中央处理器识别出apriltag标签13中所标识的指令，中央处理器根据指令向can通信芯片传达控制信号，则can通信芯片根据控制信号通过电机驱动调节器控制各个电机的转速，以控制机器人进行相应的指令动作。

当识别到id＝0的掉头标签，机器人底盘绕中心点旋转180度实现掉头；当识别到左转标签id＝1且标签相对于摄像头是0度或90度时，机器人底盘绕左前轮旋转90度实现左转或绕右前轮旋转90度实现右转；当识别到右转标签id＝2且标签相对于摄像头是0度或90度时，机器人底盘绕右前轮旋转90度实现右转或绕左前轮旋转90度实现左转；当识别到5秒停止标签id＝3和15秒停止标签id＝4时，机器人底盘停止5或15秒,然后通过将指令通过电机驱动调节器传输给四个电机，通过电机对车轮的控制以实现接下来的掉头、旋转或停止的相关动作。

使用时，打开电池架11内两个电池的电源开关。等待约2秒，待电路主控制模块初始化以及矫正完成后，使用遥控设置为手动模式，并控制机器人到达巡线起始，当前方摄像头对准横线轨迹，通过遥控设置其为自动巡线模式，机器人便开始自动巡逻，直至通过遥控切换回手动模式。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。