一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法。子机器人在其前行方向的左侧、右侧和后侧各贴有一个识别标识，每个识别标识由两个能视觉区分的矩形块上下排布构成，母机器人根据一图像撷取装置采集周围环境的图像，并根据识别标识的矩形块的像素特性和排布关系，提取出图像撷取装置所采集周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界线段，进而计算出视景方位系数以及矩形块交界线段长度比例系数，据此进行决策并将运动指令传递给子机器人以指导子机器人的入舱运动。本发明实时性好，为机器人自动回收等方面的应用提供技术支撑。
【专利说明】一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多机器人系统【技术领域】，特别是一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法。
【背景技术】
[0002]随着机器人技术的发展和应用领域的不断拓展，多机器人系统被广泛研究，考虑到环境的复杂性使得单纯一类机器人可能无法完成任务，子母式机器人系统受到了重视，子母式机器人系统旨在整合运输型机器人(母机器人)的航运能力及小型机器人(子机器人)对特定工作空间或特定工种的适应力。鉴于子母式机器人系统对环境优良的适应能力，国内外研究机构从地-空、海-空、地-地等多角度开展了深入的研究研究工作，并研发出相应的实验样机，代表性的包括MACS-RACS系统、用于城镇搜索和救援的Silver Bullet与Bujold系统、Pioneer2-AT / Scouts系统等。其中，子机器人的回收是一个非常关键的难点。采用远程遥控完成子机器人入舱的方式在实际应用中具有较大的局限性；子机器人将自身图像通过有线方式回传给母机器人用于入舱口引导标识的提取，这限制了子机器人的活动范围，若采用无线方式回传图像，又会占用大量的通讯带宽，易受干扰。当子机器人受体积与运算能力等限制时，可能单纯依靠自身感知无法完成入舱，因此，有必要借助母机器人所携带的图像撷取装置感知子机器人进而实现对子机器人入舱的有效指引。
【发明内容】
[0003](一 )要解决的技术问题
[0004]本发明的目的是面向采用母机器人所携带图像撷取装置感知子机器人姿态进而指导子机器人入舱的问题，提供了一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法，使得子机器人在母机器人的视觉协助下，达到令人满意的入舱效果。
[0005]( 二 )技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法，所述母机器人具有一个用于容纳子机器人的回收舱，回收舱具有一个入口供子机器人出入，所述母机器人还具有一个图像撷取装置，其能够撷取该母机器人周围环境的图像；所述子机器人在其前行方向的左侧、右侧和后侧各贴有一个识别标识，每个识别标识具有一个标识图案，该图案由两个矩形块上下排布构成，且两个矩形块能够被视觉区分，其中左侧识别标识和右侧识别标识相同，且所述左侧的识别标识和右侧的识别标识的设置位置能够使得其不会同时出现于母机器人图像撷取装置所采集的周围环境的图像中；所述子机器人入舱方法包括:
[0007]步骤S1、所述母机器人通过所述图像撷取装置采集周围环境的图像；步骤S2、所述母机器人提取所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界线段，并判断其是A类矩形块交界线段还是B类矩形块交界线段，所述A类矩形块交界线段是所述左侧或右侧的识别标识的矩形块交界线段，所述B类矩形块交界线段是所述后侧的识别标识的矩形块交界线段；步骤S3、所述母机器人计算视景方位系数Um以及矩形块交界线段长度比例系数Rm，所述视景方位系数反映的是所述子机器人相对回收入口的方位；所述矩形块交界线段长度比例系数是指所述A类矩形块交界线段的长度Ua占A类矩形块交界线段的长度Ua与B类矩形块交界线段的长度Ub之和的比例；步骤S4、所述母机器人根据所述视景方位系数Um以及矩形块交界线段长度比例系数Rm进行决策并将运动指令传递给所述子机器人以指导子机器人的入舱运动。
[0008]根据本发明的【具体实施方式】，所述步骤S2包括:步骤S21、提取所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界点；步骤S22、根据提取出的所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界点，以连通生长方式得到所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界线段。
[0009]根据本发明的【具体实施方式】，所述步骤S22为:对图像撷取装置采集的图像由左到右逐列扫描；在提取到首个A类矩形块交界点后将其记录为一条长度为I的A类候选矩形块交界线段，在后续扫描中每提取到一个新的A类矩形块交界点，如果该点和所记录的某条A类候选矩形块交界线段足够邻近，则将该点生长到相应的A类候选矩形块交界线段中，否则，将该点记录为一条新的长度为I的A类候选矩形块交界线段出类候选矩形块交界线段的连通生长方式采用A类候选矩形块交界线段的连通生长方式相同的方式进行；扫描结束后，将最长的B类候选矩形块交界线段作为B类矩形块交界线段，对于最长的A类候选矩形块交界线段，若其长度不小于给定阈值La，则将其作为A类矩形块交界线段。
[0010]根据本发明的【具体实施方式】，在步骤S3中，当未提取到A类矩形块交界线段时，Rm=O ;当ua < ub时，Rm为正；当ua > ub时，Rm为负；并且，
[0011]所述视景方位系数Um以及矩形块交界线段长度比例系数Rm计算如下:当母机器'
人提取到A类矩形块交界线段时，否则，Un= b— 其中，
【权利要求】
1.一种基于母机器人视觉的子机器人入舱方法，所述母机器人具有一个用于容纳子机器人的回收舱，回收舱具有一个入口供子机器人出入，其特征在于， 所述母机器人还具有一个图像撷取装置，其能够撷取该母机器人周围环境的图像； 所述子机器人在其前行方向的左侧、右侧和后侧各贴有一个识别标识，每个识别标识具有一个标识图案，该图案由两个矩形块上下排布构成，且两个矩形块能够被视觉区分，其中左侧识别标识和右侧识别标识相同，且所述左侧的识别标识和右侧的识别标识的设置位置能够使得其不会同时出现于母机器人图像撷取装置所采集的周围环境的图像中； 所述子机器人入舱方法包括: 步骤S1、所述母机器人通过所述图像撷取装置采集周围环境的图像； 步骤S2、所述母机器人提取所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界线段，并判断其是A类矩形块交界线段还是B类矩形块交界线段，所述A类矩形块交界线段是所述左侧或右侧的识别标识的矩形块交界线段，所述B类矩形块交界线段是所述后侧的识别标识的矩形块交界线段； 步骤S3、所述母机器人计算视景方位系数Um以及矩形块交界线段长度比例系数Rm，所述视景方位系数反映的是所述子机器人相对回收入口的方位；所述矩形块交界线段长度比例系数是指所述A类矩形块交界线段的长度Ua占A类矩形块交界线段的长度Ua与B类矩形块交界线段的长度Ub之和的比例； 步骤S4、所述母机器人根据所述视景方位系数Um以及矩形块交界线段长度比例系数Rm进行决策并将运动指令传递给所述子机器人以指导子机器人的入舱运动。
2.如权利要求1所述的子机器人入舱方法，其特征在于，所述步骤S2包括: 步骤S21、提取所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界点； 步骤S22、根据提取出的所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界点，以连通生长方式得到所述周围环境的图像中的识别标识的矩形块交界线段。
3.如权利要求2所述的子机器人入舱方法，其特征在于，所述步骤S22为:对图像撷取装置采集的图像由左到右逐列扫描；在提取到首个A类矩形块交界点后将其记录为一条长度为I的A类候选矩形块交界线段，在后续扫描中每提取到一个新的A类矩形块交界点，如果该点和所记录的某条A类候选矩形块交界线段足够邻近，则将该点生长到相应的A类候选矩形块交界线段中，否则，将该点记录为一条新的长度为I的A类候选矩形块交界线段；B类候选矩形块交界线段的连通生长方式采用A类候选矩形块交界线段的连通生长方式相同的方式进行；扫描结束后，将最长的B类候选矩形块交界线段作为B类矩形块交界线段，对于最长的A类候选矩形块交界线段，若其长度不小于给定阈值La，则将其作为A类矩形块交界线段。
4.如权利要求1所述的子机器人入舱方法，其特征在于，在步骤S3中，当未提取到A类矩形块交界线段时，Rm = O ;当Ua < Ub时，Rm为正；当Ua > Ub时，Rm为负；并且， 所述视景方位系数Um以及矩形块交界线段长度比例系数Rm计算如下:当母机器人提取到A类矩形块交界线段时，
5.如权利要求1所述的子机器人入舱方法，其特征在于，在所述步骤S4中，首先根据Um计算出期望的矩形块交界线段长度比例系数1，若Rm减去I的值超出给定阈值Tk，将顺时针原地旋转运动指令传递给子机器人直到Rm减去I的值在[_TK，TJ范围内；SRm减去‘的值低于-Tk，将逆时针原地旋转运动指令传递给子机器人直到Rm减去I的值在[-TE,TJ范围内；当Rm减去I的值在[_TK，TK]范围内时，将向后退行运动指令传递给子机器人；最终，Um、Rm均基本为零，子机器人向后退行运动可使得其进入回收舱中。
6.如权利要求5所述的子机器人入舱方法，其特征在于，所述期望的矩形块交界线段长度比例系数I汁算如下:
【文档编号】B25J9/16GK103522304SQ201310516094
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】曹志强, 程龙, 周超, 徐德, 谭民, 赵鹏, 陈旭潮 申请人:中国科学院自动化研究所