一种实现目标定位与跟踪的机器人的制作方法

本实用新型涉及目标定位与跟踪领域，具体涉及一种实现目标定位与跟踪的机器人。

背景技术：

目标跟踪技术需要获取目标的方向，以及目标的距离即深度信息，才能实现有效跟踪。深度信息的获取一般有两种实现方式，一种是采用双目摄像头，基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息间接得到深度信息；一种是采用类似微软的kinect的设备直接获取深度信息。前者尚处于理论研究阶段，应用还不成熟；后者不仅成本较高，而且容易受到环境因素如光照等的干扰，可获取的距离也相当有限，不适合机器人在室外的应用环境。

技术实现要素：

本实用新型提供一种实现目标定位与跟踪的机器人，实现基于单目视觉和超声波测距的目标定位与跟踪。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种实现目标定位与跟踪的机器人，包括：目标采集装置、超声波探头、检测机构、控制机构、运动机构；

所述目标采集装置和所述超声波探头设置在所述机器人主体的侧面，所述目标采集装置与所述超声波探头设置在同一竖直方向上，并且设置的方向与所述机器人的行走方向一致，所述目标采集装置用于识别行走方向上的被跟踪目标；

所述检测机构分别与所述目标采集装置和所述控制机构相连，用于检测所述被跟踪目标是否正对所述超声波探头发射与接收方向；

所述控制机构分别与所述检测机构和所述运动机构相连，当所述被跟踪目标不正对所述超声波探头发射与接收方向时，所述控制机构控制所述运动机构调整所述机器人主体的身姿以使所述超声波探头发射与接收方向正对被跟踪目标；

所述超声波探头，用于在所述超声波探头发射与接收方向正对被跟踪目标时，获取被跟踪目标的距离信息。

优选地，所述超声波探头末端设置有伸缩组件，所述伸缩组建支持所述超声波探头在行走方向上伸缩，用于在被跟踪目标超出所述超声波探头的探测范围时，将所述超声波探头伸缩预设距离，从而重新使被跟踪目标进入所述超声波探头的探测范围，获取被跟踪目标的距离信息。

优选地，所述伸缩组件通过弹性部件活动的设置于所述超声波探头末端或者通过旋进式结构活动的设置于所述超声波探头末端。

优选地，所述目标采集装置为探测器，所述探测器通过向行走方向上发射探测信号识别行走方向上的被跟踪目标。

优选地，所述检测机构为角度传感器，所述角度传感器通过判断所述被跟踪目标是否处于所述角度传感器接收角平分线位置或者处于预设角度范围检测所述被跟踪目标是否正对所述超声波探头发射与接收方向。

优选地，所述目标采集装置为单目摄像头，所述单目摄像头通过拍摄行走方向上被跟踪目标的图像识别行走方向上的被跟踪目标。

优选地，所述检测机构为图像处理单元，所述图像处理单元通过判断所述被跟踪目标是否处于所述图像的中心位置或者处于所述图像的预设区域范围检测所述被跟踪目标是否正对所述超声波探头发射与接收方向。

优选地，所述运动机构包括：两个驱动轮和一个随动轮；两个所述驱动轮对称的设置在所述机器人主体的底面，并且两个所述驱动轮的滚动轨迹形成所述机器人的行走方向，所述随动轮设置在所述机器人主体的底面，并且位于两个所述驱动轮的对称轴上。

优选地，所述随动轮为万向轮，所述控制机构控制两个所述驱动轮以差速方式调整所述机器人主体的身姿。

优选地，所述控制机构包括：控制单元和电机，

所述控制单元根据所述检测机构的判断结果形成转速调节信号，并将所述转速调节信号发送给电机；

所述电机根据所述转速调节信号驱动两个所述驱动轮调整所述机器人主体的身姿。

本实用新型和现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型提出的方案，基于视觉引导和超声测距的运动目标定位和跟踪方法，利用视觉引导技术，获取目标在图像平面中的位置与方位，据此调整自身姿态以使超声波发射与接收方向正对被跟踪目标，并利用超声波测距方式获取被跟踪目标的距离信息。相较于相关技术的其他方案，本实用新型提出的在保证较好的跟踪效果的前提下，其成本低，性价比高，可行性较强。

附图说明

图1为本实用新型实施例的实现目标定位与跟踪的机器人的组成示意图；

图2为本实用新型实施例的实现目标定位与跟踪的机器人的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的实现目标定位与跟踪的机器人的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的目标定位与跟踪的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的实用新型目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种实现目标定位与跟踪的机器人，包括：目标采集装置1、超声波探头2、检测机构、控制机构、运动机构；

所述目标采集装置1和所述超声波探头2设置在所述机器人主体6的侧面，所述目标采集装置1与所述超声波探头2设置在同一竖直方向上，并且设置的方向与所述机器人的行走方向一致，所述目标采集装置1用于识别行走方向上的被跟踪目标；

所述检测机构分别与所述目标采集装置1和所述控制机构相连，用于检测所述被跟踪目标是否正对所述超声波探头2发射与接收方向；

所述控制机构分别与所述检测机构和所述运动机构相连，当所述被跟踪目标不正对所述超声波探头2发射与接收方向时，所述控制机构控制所述运动机构调整所述机器人主体6的身姿以使所述超声波探头2发射与接收方向正对被跟踪目标；

所述超声波探头2，用于在所述超声波探头2发射与接收方向正对被跟踪目标时，获取被跟踪目标的距离信息。

本实用新型实施例将目标采集装置1获得被跟踪目标的方位信息与超声波探头2测得的距离信息进行有效结合，可以获得被跟踪目标在空间的具体方向和位置信息。目标采集装置1可以获取目标的方位信息，从而引导机器人正对被跟踪目标，进而利用超声波探头2进行超声波测距，从而可以获取被跟踪目标的距离信息，进一步引导机器人行进以对被跟踪目标持续跟踪。

优选地，所述超声波探头2末端设置有伸缩组件，所述伸缩组建支持所述超声波探头2在行走方向上伸缩，用于在被跟踪目标超出所述超声波探头2的探测范围时，将所述超声波探头2伸缩预设距离，从而重新使被跟踪目标进入所述超声波探头2的探测范围，获取被跟踪目标的距离信息。

本实用新型实施例利用伸缩组件扩大了所述超声波探头2的探测范围，在被跟踪目标距离所述机器人的距离大于所述超声波探头2的最大测距距离时，伸缩组件向机器人外部延伸，使得所述超声波探头2向机器人外部延伸一段距离，从而重新使被跟踪目标进入探头的探测范围，在一定程度上扩大了所述超声波探头2的最大测距距离；在被跟踪目标距离所述机器人的距离小于所述超声波探头2的最小测距距离时，伸缩组件向机器人内部收缩，使得所述超声波探头2向机器人内部收缩一段距离，从而重新使被跟踪目标进入探头的探测范围，在一定程度上缩小了所述超声波探头2的最小测距距离，从而扩大了所述超声波探头2的探测范围。当在行走方向上发现被跟踪目标时，不会由于所述超声波探头2的探测范围而影响跟踪效果。

所述伸缩组件通过弹性部件活动的设置于所述超声波探头2末端或者通过旋进式结构活动的设置于所述超声波探头2末端。

本实用新型实施例中的伸缩组件可以为弹性的或者是旋进式的，伸缩组件的具体结构和伸缩的程度可以根据所述超声波探头2的探测范围、超声波探头2的结构等方面因素确定。

为了识别行走方向上的被跟踪目标，本实用新型实施例提供两种目标采集装置1和检测机构的方式：

方式一：所述目标采集装置1为探测器，所述探测器通过向行走方向上发射探测信号识别行走方向上的被跟踪目标。

所述检测机构为角度传感器，所述角度传感器通过判断所述被跟踪目标是否处于所述角度传感器接收角平分线位置或者处于预设角度范围检测所述被跟踪目标是否正对所述超声波探头2发射与接收方向。

方式二：如图4所示，所述目标采集装置1为单目摄像头，所述单目摄像头通过拍摄行走方向上被跟踪目标的图像识别行走方向上的被跟踪目标。

所述检测机构为图像处理单元，所述图像处理单元通过判断所述被跟踪目标是否处于所述图像的中心位置或者处于所述图像的预设区域范围检测所述被跟踪目标是否正对所述超声波探头2发射与接收方向。

其中，方式一中的探测器向周围尤其是行走方向发射探测信号(包括声信号、光信号等)，通过判读是否接收到反射回来的信号确定周围尤其是行走方向上是否存在物体，当存在物体时，进一步通过接收到的反射信号判断物体的轮廓、大小、面积等信息确定是否为被跟踪目标。当确定是被跟踪目标时，再通过角度传感器确定被跟踪目标的方位。

方式二中单目摄像头实时对被跟踪目标进行检测，当检测到被跟踪目标时，图像处理单元计算出被跟踪目标在图像画面内的坐标，根据该坐标信息计算出机器人主体6需旋转的方向与角度，实现被跟踪目标的跟踪。

如2和图3所示，所述运动机构包括：两个驱动轮3、4和一个随动轮5；两个所述驱动轮3、4对称的设置在所述机器人主体6的底面，并且两个所述驱动轮3、4的滚动轨迹形成所述机器人的行走方向，所述随动轮5设置在所述机器人主体6的底面，并且位于两个所述驱动轮3、4的对称轴上。

所述随动轮5为万向轮，所述控制机构控制两个所述驱动轮3、4以差速方式调整所述机器人主体6的身姿。

本实用新型实施例中运动机构与相关技术相似，包括两个驱动轮3、4和一个随动轮5，与主体结构有机结合形成机器人。

运动机构执行控制机构的动作，通过两个驱动轮3、4之间的差速控制可以调整机器人主体6的方向以使自身正对被跟踪目标，然后控制自身前进或后退以使机器人保持与被跟踪目标之间的距离，从而实现持续跟踪。

所述控制机构包括：控制单元和电机，

所述控制单元根据所述检测机构的判断结果形成转速调节信号，并将所述转速调节信号发送给电机；

所述电机根据所述转速调节信号驱动两个所述驱动轮调整所述机器人主体6的身姿。

实施例1

如图1、2、3和4所示，本实施例通过获取目标在图像平面中的位置与方位，据此调整自身姿态以使超声波发射与接收方向正对被跟踪目标，并利用超声波测距方式获取具体目标的距离信息。

本实施例中实现目标定位与跟踪的机器人如图1所示，包括目标采集装置1、超声波探头2、检测机构、控制机构、运动机构；

如图2和3所示，目标采集装置1为机器人主体6前部安装的摄像头，运动机构包括安装在机器人主体6底部的两个驱动轮3、4和一个随动轮5；目标采集装置1获得的图像经过检测机构检测，当检测到被跟踪目标时，可得出机器人主体6需运动的方向和角度，由控制机构控制运动机构执行动作，通过两个驱动轮3、4之间的差速控制可以调整机器人主体6的方向以使自身正对于被跟踪目标，其中，本实施例中所述控制机构包括控制单元和电机，可选地，所述控制机构包括电机控制器以及步进电机，所述电机控制器通过集成电路执行由编程语言编写的程序，向所述步进电机发送电脉冲信号；所述步进电机在接收到电脉冲信号后由自身的驱动器驱动，以一定的转速、方向和响应时间工作。然后控制自身前进或后退以使机器人保持与被跟踪目标之间的距离，从而实现持续跟踪。

操作步骤如图4所示，被跟踪目标初始化的方式不限，可以指定特定物体，也可以是任意运动物体。本实施例的机器人实时对被跟踪目标进行检测，当检测到被跟踪目标初(图4.a)时，检测机构计算出被跟踪目标在图像画面内的坐标(图4.b)，根据该坐标信息获得机器人主体6需旋转的方向与角度，通过控制机构下达命令给运动机构，通过自身旋转以使机器人主体6方向正对于被跟踪目标(图4.c)，进而调整机器人主体6与物体之间的距离。

虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。