一种基于轨道云台的室内目标定位与跟踪系统的制作方法

所属技术领域

本实用新型涉及轨道云台工业相机的定位技术，尤其涉及一种室内环境下的基于轨道云台的室内目标定位与跟踪系统。

背景技术：

近年来，计算机视觉技术迅速发展，广泛应用于商业生产、国防科技、个人消费等各个领域，各国学者对其背后的理论和应用的研究也层出不穷。其中，一个重要的研究方向是基于视觉技术的目标定位与跟踪，这也是实现智能导航、机器人编队、目标围捕等任务的基础。然而在实际应用场景中，现有的定位与跟踪方案可能存在某些缺陷，例如识别场景范围有限，对复杂环境的识别效率低等，基于轨道云台的识别系统可以有效地解决这些问题。此外，当图像信息较复杂时，系统整体的运行往往受限于图像处理的速度。将图像处理任务从控制系统中分离出来交由高性能图形计算机处理，并使用通讯协议实现关键信息的交互。相比于将图像与控制任务统一，该设计使系统得以适应更复杂的场景，同时也提高了系统整体运行效率。

技术实现要素：

为了克服当前室内视觉定位技术存在的不足，为后续机器人系统的发展提供基础，本实用新型提出了一套基于轨道云台的分布式定位与跟踪系统。该系统以通讯网络、计算机视觉和伺服控制等技术为基础，在目标最高运动速度达到1m/s时，能够在室内环境下达到5cm的定位精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于轨道云台的室内目标定位与跟踪系统，包括：

轨道云台，包括直线轨道本体、滑动设置在所述直线轨道本体上的两套云台组件，每套所述云台组件均包括有电气控制箱、运动控制器、连接电缆、与所述直线轨道本体滑动配合的直线滑块、控制所述直线滑块水平移动的伺服电机、串联设置在所述直线滑块上分别控制工业相机俯仰角和偏航角旋转使工业相机中心能够跟踪目标的俯仰角步进电机和偏航角步进电机，所述运动控制器通过连接电缆依次连接电气控制箱及伺服电机和两步进电机；

两台工业相机，分别设置在两套所述云台组件前端并与，用于实时跟踪采集特定目标图像；

图像处理平台，分别与轨道控制平台和所述两台工业相机电气连接，用于根据所述工业相机实时采集的特定目标图像解析出目标信息后发送给轨道控制平台；

轨道控制平台，分别与图像处理平台和所述云台组件电气连接，用于将时钟信息和选择目标信息发送给图像处理平台，以及根据图像处理平台解析的目标信息和各编码器得到的角度信息，计算出目标在三维空间中的位置并控制所述两套轨道云台运动进行跟踪。

进一步地，所述电气控制箱包括连接伺服电机的交流伺服驱动器、连接两步进电机的步进驱动器、开关电源及指示灯。

进一步地，所述的伺服电机同轴连接有将测量信号上传至运动控制器的增量式编码器，两所述步进电机分别设置有将测量的角度信号上传至步进驱动器的编码器。

进一步地，所述运动控制器型号为gt-400-sg。

进一步地，所述连接电缆包括两根62pin连接电缆。

进一步地，所述的轨道控制平台还用于将目标相对于工业相机坐标系的坐标由变换矩阵换算成底面坐标系，从而绘制出目标在底面上的运动轨迹。

相比现有技术，本实用新型的有益效果是：

根据两个轨道云台和高效的控制，能够实现对特定目标的锁定与跟踪；

使用了具有高控制范围的云台，使得工业相机可识别的范围大大增加；

将云台控制与图像处理任务分离，通过轨道控制平台与图像处理平台的通讯，充分利用计算资源；

最后，本系统的开放性允许诸如目标跟踪、地图构建等复杂功能的后续研究。

附图说明

图1是本实用新型实施例的轨道云台整体示意图；

图2是本实用新型实施例的云台组件局部细节示意图；

图3是本实用新型实施例的系统连接关系示意图；

图4是本实用新型实施例的系统运行流程示意图；

图中：1-直线轨道本体；2-云台组件；21-直线滑块；22-偏航角步进电机；23-俯仰角步进电机；24-工业相机；3-目标机器人。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1和图2所示，一种基于轨道云台的室内目标定位与跟踪系统，包括：

轨道云台，包括直线轨道本体1、滑动设置在所述直线轨道本体1上的两套云台组件2，每套所述云台组件2均包括有电气控制箱、运动控制器、连接电缆、与所述直线轨道本体1滑动配合的直线滑块21、控制所述直线滑块21水平移动的伺服电机、串联设置在所述直线滑块21上分别控制工业相机24俯仰角和偏航角旋转使工业相机中心能够跟踪目标的俯仰角步进电机23和偏航角步进电机22，所述运动控制器型号为gt-400-sg，其通过连接电缆依次连接电气控制箱及伺服电机和两步进电机；所述的伺服电机同轴连接有将测量信号上传至运动控制器的增量式编码器，所述俯仰角步进电机23和偏航角步进电机22分别设置有将测量的角度信号上传至步进驱动器的编码器；

两台工业相机24，分别设置在两套所述云台组件2前端，用于实时跟踪采集特定目标图像；

图像处理平台，分别与轨道控制平台和所述两台工业相机电气连接，用于根据所述工业相机实时采集的特定目标图像解析出目标信息后发送给轨道控制平台；

轨道控制平台，分别与图像处理平台和所述云台组件电气连接，用于将时钟信息和选择目标信息发送给图像处理平台，以及根据图像处理平台解析的目标信息和各编码器得到的角度信息，计算出目标在三维空间中的位置并控制所述两套轨道云台运动进行跟踪；

具体而言，所述电气控制箱包括连接伺服电机的交流伺服驱动器、连接两步进电机的步进驱动器、开关电源及指示灯。

具体而言，所述连接电缆采用62pin连接电缆。

本实施例中的待跟踪的目标机器人3是一台轮式机器人，主要由直流电机、工控机、k60单片机以及无线通信模块等组成，其顶端则装有特定颜色的led作为身份标识。

如图4所示，本实施例的室内目标定位与跟踪系统运行的主要流程为：

首先，初始化工业相机及轨道云台；

然后，轨道控制平台与图像处理平台建立通讯，以一定的周期交换控制指令及图形关键信息；

而后，轨道云台控制两工业相机24开始进行大范围扫描，直至发现目标机器人3；

最后，轨道控制平台已知左右两工业相机的距离和像素差，得到工业相机24对目标机器人3的相对俯仰角和偏航角后，求解出目标机器人的精确坐标，然后开始进入跟踪线程。

如图3可以看出，所述俯仰角步进电机23和偏航角步进电机22的角度信息由编码器反馈至轨道控制平台，云台上的工业相机实时采集图像，并交由图像处理平台处理。图像处理平台解析出目标信息后发送给轨道控制平台；同时，轨道控制平台也会将时钟信息和选择目标信息发送给图像处理平台。所述轨道控制平台根据图像信息以及编码器得到的角度信息，利用三角测量计算出目标在三维空间中的位置并进行跟踪，具体计算过程为本领域的现有技术，在此不再赘述。

此时得到的坐标是相对于工业相机坐标系的坐标，所述的轨道控制平台还用于将目标相对于工业相机坐标系的坐标由变换矩阵换算成底面坐标系，从而绘制出目标在底面上的运动轨迹，具体转换过程为本领域的现有技术，在此不再赘述。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。