专利名称：一种移动机器人视觉导航控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机器人视觉导航领域，特别涉及一种移动机器人视觉导航控制系统。
背景技术：
随着计算机技术和传感技术的 发展，移动机器人平台的研究得到广泛关注。近年来，自主移动机器人在エ业、农业、医学及社会服务业等领域得到越来越多的重视，成为了机器人学术界研究的热点问题。在自主移动机器人的研究中，导航方法的研究是核心问题。目前的导航与定位系统多采用高精度全球导航定位系统GPS与惯性导航系统的组合式导航定位系统，虽然其定位精度高(亚米级甚至更高)、灵活性强，但由于其实现困难，成本极其昂贵，普及应用受到了一定的限制。为此提出ー种新型的现场适应能力强(如变电站强电磁干扰条件)、低成本、高定位精度的导航控制系统成为目前面临的ー项技术难题。
发明内容本实用新型为解决上述问题，提供了一种移动机器人视觉导航控制系统。本实用新型的技术方案为该移动机器人视觉导航控制系统由上位机数据处理与控制系统、图像采集系统以及测距系统组成，各部分的连接关系为上位机数据处理与控制系统通过TCP/IP网ロ与外设的测距系统连接；通过第一RS232串ロ与外设的图像采集系统连接；通过第二 RS232串ロ与单片机最小系统连接，单片机最小系统的输出接ロ与电机驱动电路的输入端连接，电机驱动电路的输出端与左右轮直流电机的输入端连接。所述图像采集系统采用电荷耦合器件CXD全固件摄像机，还包括与所述电荷耦合器件CXD全固件摄像机连接的图像采集卡。采样信号包括对机器人周围环境的图像采集，这里主要针对机器人附近各參考电气固件的图像采集。所述测距系统采用LMS系列多点全向高速激光雷达测距仪，采样信号包括机器人与周围道路两侧各參考电气固件的距离值(精确到_级)，各采样点的扫描间隔(用于计算角度)。所述上位机数据处理与控制系统主要采用基于LABVIEW的数据采用与处理平台，通过对CCD摄像机图像采集系统及LMS系列高速激光扫描测距系统采集数据的分时处理与编程，实现机器人行走控制量的实时计算与输出。所述单片机最小系统采用AVR ATMEGA644单片机，接收上位机数据处理与控制系统通过软件算法得到的左右轮直流电机的电压输出数字量。本实用新型的有益效果为本导航控制系统定位精度高，可以达到亚米级(IOcm左右)，成本较低，实现容易，运行稳定，能够有效应用于变电站等强电磁干扰的环境下。
图I为所述导航控制系统的结构框图；图2为所述导航控制系统的工作原理图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种移动机器人视觉导航控制系统，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进ー步说明。该导航控制系统的结构如图I所示，上位机数 据处理与控制系统通过TCP/IP网ロ与外设的测距系统连接；通过第一 RS232串ロ与外设的图像采集系统连接；通过第二 RS232串ロ与单片机最小系统连接，单片机最小系统的输出接ロ与电机驱动电路的输入端连接，电机驱动电路的输出端与左右轮直流电机的输入端连接。所述图像采集系统采用电荷耦合器件CXD全固件摄像机，还包括与所述电荷耦合器件CXD全固件摄像机连接的图像采集卡，采样信号包括对机器人周围环境的图像采集，这里主要针对机器人附近各參考电气固件的图像采集。测距系统采用LMS系列多点全向高速激光雷达测距仪，采样信号包括机器人与周围道路两侧各參考电气固件的距离值(精确到mm级)，各采样点的扫描间隔(用于计算角度)。上位机数据处理与控制系统主要采用基于LABVIEW的数据采用与处理平台，通过对CXD摄像机图像采集系统及LMS系列多点全向高速激光雷达测距仪采集数据的分时处理与编程，实现机器人行走控制量的实时计算与输出。单片机最小系统采用AVR ATMEGA644单片机，接收上位机数据处理与控制系统通过软件算法得到的左右轮直流电机的电压输出数字量。其中CXD图像采集系统主要由光学物镜、C⑶摄像机、图像采集卡、输入输出接ロ线等组成。导航控制系统的工作原理如图2所示，主要基于软件算法实现。上位机数据处理与控制系统通过对图像采集系统采集到的机器人周边环境图像的处理与编程，可以有效地提取机器人周边道路两侧參考电气固件的图像特征量，然后从事先建立的变电站參考电气固件图像特征数据库(机器人事先通过图像特征提取的方式建立各參考电气固件的图像特征数据库)中寻找与这些特征量相匹配的參考电气固件标号，而这些不同标号的參考电气固件的实际地理坐标已由电子地图给定，即机器人通过图像识别技术可以有效地确定其道路两侧參考电气固件实际的地理坐标。同时上位机数据处理与控制系统通过测距系统将包含机器人与周围參考电气固件的各距离值及各距离值之间的扫描间隔(每两个扫描点之间的角度差固定)等数据信息采集进来，通过筛选得到机器人与其周围给定參考电气固件的距离值，这样根据參考电气固件的实际地理坐标及与各參考电气固件的距离值，可以有效地计算出机器人当前的定位坐标，而通过这些距离值对应的偏角值可以快速地计算出机器人当前的航向角，也就得到了机器人正常行走所需的两个控制量，即定位坐标与航向角。
权利要求1.一种移动机器人视觉导航控制系统，由上位机数据处理与控制系统、图像采集系统以及测距系统组成，其特征在于 各部分的连接关系为 上位机数据处理与控制系统通过TCP/IP网口与外设的测距系统连接；通过第一 RS232串口与外设的图像采集系统连接；通过第二 RS232串口与单片机最小系统连接，单片机最小系统的输出接口与电机驱动电路的输入端连接，电机驱动电路的输出端与左右轮直流电机的输入端连接。
2.根据权利要求I所述的一种移动机器人视觉导航控制系统，其特征在于所述图像采集系统采用电荷耦合器件CCD全固件摄像机，还包括与所述电荷耦合器件CCD全固件摄像机连接的图像采集卡。
3.根据权利要求I所述的一种移动机器人视觉导航控制系统，其特征在于所述测距系统采用LMS系列多点全向高速激光雷达测距仪。
4.根据权利要求I所述的一种移动机器人视觉导航控制系统，其特征在于所述单片机最小系统采用AVR ATMEGA644单片机。
专利摘要一种移动机器人视觉导航控制系统属于机器人视觉导航领域。该导航控制系统由上位机数据处理与控制系统、图像采集系统以及测距系统组成，上位机数据处理与控制系统通过TCP/IP网口与测距系统连接；通过第一RS232串口与图像采集系统连接；通过第二RS232串口与单片机最小系统连接，单片机最小系统与电机驱动电路连接，电机驱动电路的输出端与左右轮直流电机的输入端连接。本实用新型主要面向电磁干扰强烈的变电站现场环境，激光雷达测距系统可以有效地根据图像采集系统识别的阵地环境进行快速定位，并实时在线计算机器人当前的导航角，解决了变电站强电磁干扰条件下电子罗盘失效等问题，并且定位精度及导航角精度高、现场应用及稳定性强、成本低、经济实用。
文档编号G05B19/418GK202443324SQ20122008874
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者余弦, 张学龙, 朱耀春, 李大伟, 李晓, 王艳萍, 许伟, 贾鹏飞, 郝世昱, 雷少博 申请人:华北电力大学