移動機器人、移動機器人系統、移動及通信方法
【專利摘要】本發明公開了一種移動機器人、移動機器人系統、移動及通信方法，其包括一圖像傳感器、一處理模塊、一動力模塊以及至少兩個用于帶動移動機器人移動的移動滾輪，圖像傳感器用于獲取移動機器人前進方向上的地面的圖像；處理模塊用于獲取圖像中一處于地面上的目標物體在圖像中的位置，并根據目標物體在圖像中的尺寸獲取目標物體距離圖像傳感器的鏡頭的檢測距離，處理模塊還用于根據位置到一中心線的圖像距離和檢測距離控制所述動力模塊牽引移動滾輪轉動以使移動機器人接近目標物體，中心線為圖像的上、下邊界的中點的連線。本發明通過圖像識別技術識別目標物體，大幅度提高物體識別準確率，機器人之間能夠相互合作實現更多功能，用途更廣。
【專利說明】移動機器人、移動機器人系統、移動及通信方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種移動機器人、移動機器人系統，還涉及一種所述移動機器人的移動方法以及一種所述移動機器人系統的通信方法。
【背景技術】
[0002]移動機器人，是一個集環境感知、動態決策與規劃、行為控制與執行等多功能于一體的綜合系統。它集中了傳感器技術、信息處理、電子工程、計算機工程、自動化控制工程以及人工智能等多學科的研究成果，代表機電一體化的最高成就，是目前科學技術發展最活躍的領域之一。隨著機器人性能不斷地完善，移動機器人的應用范圍大為擴展，不僅在工業、農業、醫療、服務等行業中得到廣泛的應用，而且在城市安全、國防和空間探測領域等有害與危險場合得到很好的應用。因此，移動機器人技術已經得到世界各國的普遍關注。
[0003]移動機器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和Charles Rosen等人,在1966年至1972年中研發出了取名Shakey的自主移動機器人。目的是研究應用人工智能技術，在復雜環境下機器人系統的自主推理、規劃和控制。
[0004]現有的移動機器人利用紅外感應器檢測發光物體，其識別物體的準確度較差，移動機器人的應用范圍較小，而且機器人之間無法配合來完成更多的功能。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中移動機器人識別準確度較差，應用范圍較小，而且機器人之間無法配合來完成更多的功能的缺陷，提供一種識別物體準確度較高，應用范圍廣的移動機器人、移動機器人系統、移動及通信方法。
[0006]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題:一種移動機器人，其特點在于，其包括一圖像傳感器、一處理模塊、一動力模塊以及至少兩個用于帶動所述移動機器人移動的移動滾輪，
[0007]所述圖像傳感器用于獲取所述移動機器人前進方向上的地面的圖像；
[0008]所述處理模塊用于獲取所述圖像中一處于地面上的目標物體在所述圖像中的位置，并根據所述目標物體在所述圖像中的尺寸獲取所述目標物體距離所述圖像傳感器的鏡頭的檢測距離，所述處理模塊還用于根據所述位置到一中心線的圖像距離和所述檢測距離控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體，其中，所述中心線為所述圖像的上、下邊界的中點的連線。
[0009]所述圖像傳感器可以是攝像頭，通過攝像頭的鏡頭獲取所述圖像。所述移動機器人根據所述檢測距離和所述目標物體在所述圖像中偏離所述中心線的圖像距離來確定目標物體的位置。本申請的移動機器人能夠通過利用圖像傳感器獲取移動機器人前進方向上的目標物體的位置，并根據所述位置控制移動機器人接近目標物體，移動機器人在接觸目標物體后可以推動目標物體，或對目標物體進行一定的操作。
[0010]所述目標物體在所述圖像中的位置指所述目標物體在所述圖像中的全部像素的中心點，在所述圖像中所述中心點到所述中心線的距離即為所述圖像距離。所述處理模塊通過分辨目標物體在所述圖像中的顏色來確定所述目標物體的輪廓，在所述圖像中所述處理模塊可以認定滿足顏色預設定值的全部像素點就是所述目標物體，從而可以確定目標物體的尺寸。
[0011]較佳地，兩個移動滾輪分別為左移動滾輪和右移動滾輪，所述動力模塊包括一用于牽弓I左移動滾輪的左牽弓I電機以及一用于牽引右移動滾輪的右牽引電機，所述處理模塊用于根據公式V1 = XXK1控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體，
[0012]其中，V1為左牽引電機和右牽引電機的轉速差，X為所述圖像距離，K1為所述圖像距離轉化為所述轉速差的轉化系數。
[0013]兩個所述移動滾輪可以固置在移動機器人的兩側而不添加額外的轉向裝置，通過兩個滾輪的不同轉速來實現轉向。具體來說，當左牽引電機的轉速大于右牽引電機的轉速時移動機器人向右轉，當左牽引電機的轉速小于右牽引電機的轉速時移動機器人向左轉。所述移動機器人對方向的調整可以是瞬時的，例如，在時刻Tl時，移動機器人獲得一個轉速差來控制牽引電機的當前轉速；在下一時刻T2時，由于圖像中的目標物體的位置發生變化而移動機器人重新計算獲得轉速差，然后對牽引電機的當前轉速進行調整。所述移動滾輪可以兩個，配合兩個支撐輪來支撐移動機器人。
[0014]較佳地，所述處理模塊還用于根據公式V2 = YXK2控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體，
[0015]其中，V2為兩個牽引電機中轉速較慢的牽引電機的轉速，Y為根據所述檢測距離以及所述鏡頭到地面的高度獲得的所述移動機器人到所述目標物體的水平距離，K2為所述水平距離轉化為轉速較慢的牽引電機的轉速的轉化系數。
[0016]根據所述鏡頭到目標物體的距離來控制移動機器人的前進速度，可以設置為當移動機器人距離目標物體越遠移動機器人的速度越快，當接近目標物體時放慢速度，從而使移動機器人較快的接近目標物體，所述目標物體的距離可以為目標物體的中心到所述鏡頭的距離。獲取目標物體到所述鏡頭的距離以及鏡頭到地面的距離就能夠利用三角函數計算出所述水平距離。
[0017]較佳地，所述移動機器人包括一用于獲取所述移動機器人所在位置的定位裝置以及一通信模塊，所述通信模塊用于通過W1-Fi (無線網絡通信技術)網絡向一控制終端發送所述移動機器人所在位置的信號以及所述目標物體所在位置的信號，并接收所述控制終端發送的控制信號，所述處理模塊還用于根據所述控制信號控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近一目標位置。
[0018]利用所述W1-Fi網絡以及控制終端能夠實現多個移動機器人的配合，控制終端根據各機器人的所在位置以及目標物體的位置利用預先設定好的策略能夠對移動機器人做出指揮，從而實現多個機器人之間的配合。
[0019]本發明還提供一種移動機器人系統，其特點在于，所述移動機器人系統包括至少I個如上所述的移動機器人以及一控制終端，所述控制終端包括一移動策略數據庫，并用于根據全部所述移動機器人所在位置的信號、所述目標物體所在位置的信號以及所述移動策略數據庫生成一用于控制指定的移動機器人到目標位置的控制指令，并發送所述控制指令到所述指定的移動機器人。
[0020]所述移動機器人系統中的各移動機器人可以相互配合、協作，實現更多的功能。
[0021]本發明又提供一種如上所述的移動機器人的移動方法，其特點在于，所述移動方法包括:
[0022]S1、所述圖像傳感器獲取所述移動機器人前進方向上的地面的圖像；
[0023]S2、所述處理模塊獲取所述圖像中一處于地面上的目標物體在所述圖像中的位置，并根據所述目標物體在所述圖像中的尺寸獲取所述目標物體距離所述圖像傳感器的鏡頭的檢測距離；
[0024]S3、所述處理模塊根據所述位置到一中心線的圖像距離和所述檢測距離控制所述動力模塊牽弓I所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體；
[0025]其中，所述中心線為所述圖像的上、下邊界的中點的連線。
[0026]較佳地，兩個移動滾輪分別為左移動滾輪和右移動滾輪，所述動力模塊包括一用于牽引左移動滾輪的左牽引電機以及一用于牽引右移動滾輪的右牽引電機，步驟S3還包括:
[0027]所述處理模塊根據公SV1 = XXK1控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體；
[0028]其中，V1為左牽引電機和右牽引電機的轉速差，X為所述圖像距離，K1為所述圖像距離轉化為所述轉速差的轉化系數。
[0029]較佳地，步驟S3還包括:
[0030]所述處理模塊根據公式V2 = YXK2控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體；
[0031]其中，V2為兩個牽引電機中轉速較慢的牽引電機的轉速，Y為根據所述檢測距離以及所述鏡頭到地面的高度獲得的所述移動機器人到所述目標物體的水平距離，K2為所述水平距離轉化為轉速較慢的牽引電機的轉速的轉化系數。
[0032]較佳地，所述移動機器人包括一用于獲取所述移動機器人所在位置的定位裝置以及一通信模塊，所述移動方法包括:
[0033]所述通信模塊通過W1-Fi網絡向一控制終端發送所述移動機器人所在位置的信號以及所述目標物體所在位置的信號，并接收所述控制終端發送的控制信號；
[0034]所述處理模塊根據所述控制信號控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近一目標位置。
[0035]本發明又提供一種如上所述的移動機器人系統的通信方法，其特點在于，所述通信方法包括:
[0036]所述控制終端根據全部所述移動機器人所在位置的信號、所述目標物體所在位置的信號以及所述移動策略數據庫生成一用于控制指定的移動機器人到目標位置的控制指令，并發送所述控制指令到所述指定的移動機器人。
[0037]在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。
[0038]本發明的積極進步效果在于:本發明通過圖像識別技術識別目標物體，大幅度提高物體識別準確率，機器人之間能夠相互合作實現更多功能，用途更廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明實施例的移動機器人系統的結構示意圖。
[0040]圖2為本發明實施例的移動方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0041]下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。
[0042]實施例
[0043]本實施例提供一種移動機器人系統1，其包括5個移動機器人11以及一控制終端21。
[0044]所述移動機器人包括一圖像傳感器12、一處理模塊13、一動力模塊14、兩個用于帶動所述移動機器人移動的移動滾輪15、兩個與所述移動滾輪配合支撐所述移動機器人的支撐滾輪、一用于獲取所述移動機器人所在位置的定位裝置16以及一通信模塊17。
[0045]所述圖像傳感器用于獲取所述移動機器人前進方向上的地面的圖像。圖像傳感器以每秒640*480@60fps的速率，將圖像的數據輸入到處理模塊的圖像識別引擎內。識別引擎可以全速將單幀圖像數據中符合預先顏色標定的物體的區域范圍標定出來。每臺機器人可以分辨標定的8種顏色的物體。
[0046]兩個移動滾輪分別為左移動滾輪和右移動滾輪，所述動力模塊包括一用于牽引左移動滾輪的左牽引電機以及一用于牽引右移動滾輪的右牽引電機。
[0047]所述處理模塊用于獲取所述圖像中一處于地面上的目標物體在所述圖像中的位置，并根據所述目標物體在所述圖像中的尺寸獲取所述目標物體距離所述圖像傳感器的鏡頭的檢測距離。
[0048]所述處理模塊還用于獲取所述位置到一中心線的圖像距離。其中，所述中心線為所述圖像的上、下邊界的中點的連線。
[0049]所述處理模塊用于根據公式V1 = XXK1控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體。
[0050]其中，V1為左牽引電機和右牽引電機的轉速差，X為所述圖像距離，K1為所述圖像距離轉化為所述轉速差的轉化系數。
[0051]所述處理模塊還用于根據公式V2 = YXK2控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體，
[0052]其中，V2為兩個牽引電機中轉速較慢的牽引電機的轉速，Y為根據所述檢測距離以及所述鏡頭到地面的高度獲得的所述移動機器人到所述目標物體的水平距離，K2為所述水平距離轉化為轉速較慢的牽引電機的轉速的轉化系數。
[0053]所述通信模塊用于通過W1-Fi網絡向一控制終端發送所述移動機器人所在位置的信號以及所述目標物體所在位置的信號，并接收所述控制終端發送的控制信號，所述處理模塊還用于根據所述控制信號控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近一目標位置。
[0054]所述控制終端包括一移動策略數據庫，并用于根據全部所述移動機器人所在位置的信號、所述目標物體所在位置的信號以及所述移動策略數據庫生成一用于控制指定的移動機器人到目標位置的控制指令，并發送所述控制指令到所述指定的移動機器人。
[0055]如果將本實施例的移動機器人應用于機器人足球中，移動機器人可以通過顏色分辨球門、球的位置，并利用自身的指南針以及球門的位置獲得自己所在位置(即定位裝置獲取所在位置)，并將所在位置的信號發送給所述控制終端。控制終端可以獲得全部移動機器人的所在位置，利用移動策略數據庫可以獲得各個移動機器人的移動策略，并發送對應的控制指令至所述移動機器人以控制所述移動機器人的移動。
[0056]本實施例還提供一種上述移動機器人的通信方法，所述通信方法包括:
[0057]所述控制終端根據全部所述移動機器人所在位置的信號、所述目標物體所在位置的信號以及所述移動策略數據庫生成一用于控制指定的移動機器人到目標位置的控制指令，并發送所述控制指令到所述指定的移動機器人。
[0058]所述移動機器人可以接收控制終端發出的控制指令后按控制指令運動，還可以按照一移動方法移動，所述移動方法包括:
[0059]步驟100、所述圖像傳感器獲取所述移動機器人前進方向上的地面的圖像。
[0060]步驟101、所述處理模塊獲取所述圖像中一處于地面上的目標物體在所述圖像中的位置，并根據所述目標物體在所述圖像中的尺寸獲取所述目標物體距離所述圖像傳感器的鏡頭的檢測距離。
[0061]步驟102、所述處理模塊根據公式V1 = XXK1控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體。
[0062]步驟103、所述處理模塊根據公式V2 = YXK2控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體。
[0063]其中，所述中心線為所述圖像的上、下邊界的中點的連線。V1為左牽引電機和右牽引電機的轉速差，X為所述圖像距離，K1為所述圖像距離轉化為所述轉速差的轉化系數。V2為兩個牽引電機中轉速較慢的牽引電機的轉速，Y為根據所述檢測距離以及所述鏡頭到地面的高度獲得的所述移動機器人到所述目標物體的水平距離，K2為所述水平距離轉化為轉速較慢的牽引電機的轉速的轉化系數。
[0064]所述移動方法還包括:所述通信模塊通過W1-Fi網絡向一控制終端發送所述移動機器人所在位置的信號以及所述目標物體所在位置的信號，并接收所述控制終端發送的控制信號。
[0065]本實施例的移動機器人、移動機器人系統、移動及通信方法能夠通過圖像識別技術識別目標物體，大幅度提高物體識別準確率，機器人之間能夠相互合作實現更多功能，用途更廣。
[0066]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種移動機器人，其特征在于，其包括一圖像傳感器、一處理模塊、一動力模塊以及至少兩個用于帶動所述移動機器人移動的移動滾輪， 所述圖像傳感器用于獲取所述移動機器人前進方向上的地面的圖像； 所述處理模塊用于獲取所述圖像中一處于地面上的目標物體在所述圖像中的位置，并根據所述目標物體在所述圖像中的尺寸獲取所述目標物體距離所述圖像傳感器的鏡頭的檢測距離，所述處理模塊還用于根據所述位置到一中心線的圖像距離和所述檢測距離控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體，其中，所述中心線為所述圖像的上、下邊界的中點的連線。
2.如權利要求1所述的移動機器人，其特征在于，兩個移動滾輪分別為左移動滾輪和右移動滾輪，所述動力模塊包括一用于牽引左移動滾輪的左牽引電機以及一用于牽引右移動滾輪的右牽引電機，所述處理模塊用于根據公式V1 = XXK1控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體， 其中，V1為左牽引電機和右牽引電機的轉速差，X為所述圖像距離，K1為所述圖像距離轉化為所述轉速差的轉化系數。
3.如權利要求2所述的移動機器人，其特征在于，所述處理模塊還用于根據公式V2=YXK2控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體， 其中，V2為兩個牽引電機中轉速較慢的牽引電機的轉速，Y為根據所述檢測距離以及所述鏡頭到地面的高度獲得的所述移動機器人到所述目標物體的水平距離，K2為所述水平距離轉化為轉速較慢的牽引電機的轉速的轉化系數。
4.如權利要求1所述的移動機器人，其特征在于，所述移動機器人包括一用于獲取所述移動機器人所在位置的定位裝置以及一通信模塊，所述通信模塊用于通過W1-Fi網絡向一控制終端發送所述移動機器人所在位置的信號以及所述目標物體所在位置的信號，并接收所述控制終端發送的控制信號，所述處理模塊還用于根據所述控制信號控制所述動力模塊牽弓I所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近一目標位置。
5.一種移動機器人系統，其特征在于，所述移動機器人系統包括至少I個如權利要求1-4中任意一項所述的移動機器人以及一權利要求4中所述的控制終端，所述控制終端包括一移動策略數據庫，并用于根據全部所述移動機器人所在位置的信號、所述目標物體所在位置的信號以及所述移動策略數據庫生成一用于控制指定的移動機器人到目標位置的控制指令，并發送所述控制指令到所述指定的移動機器人。
6.一種如權利要求1所述的移動機器人的移動方法，其特征在于，所述移動方法包括: 51、所述圖像傳感器獲取所述移動機器人前進方向上的地面的圖像； 52、所述處理模塊獲取所述圖像中一處于地面上的目標物體在所述圖像中的位置，并根據所述目標物體在所述圖像中的尺寸獲取所述目標物體距離所述圖像傳感器的鏡頭的檢測距離； 53、所述處理模塊根據所述位置到一中心線的圖像距離和所述檢測距離控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體； 其中，所述中心線為所述圖像的上、下邊界的中點的連線。
7.如權利要求6所述的移動方法，其特征在于，兩個移動滾輪分別為左移動滾輪和右移動滾輪，所述動力模塊包括一用于牽引左移動滾輪的左牽引電機以及一用于牽引右移動滾輪的右牽引電機，步驟S3還包括: 所述處理模塊根據公Sv1 = XXK1控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體； 其中，V1為左牽引電機和右牽引電機的轉速差，X為所述圖像距離，K1為所述圖像距離轉化為所述轉速差的轉化系數。
8.如權利要求7所述的移動方法，其特征在于，步驟S3還包括: 所述處理模塊根據公式V2 = YXK2控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近所述目標物體； 其中，V2為兩個牽引電機中轉速較慢的牽引電機的轉速，Y為根據所述檢測距離以及所述鏡頭到地面的高度獲得的所述移動機器人到所述目標物體的水平距離，K2為所述水平距離轉化為轉速較慢的牽引電機的轉速的轉化系數。
9.如權利要求6所述的移動方法，其特征在于，所述移動機器人包括一用于獲取所述移動機器人所在位置的定位裝置以及一通信模塊，所述移動方法包括: 所述通信模塊通過W1-Fi網絡向一控制終端發送所述移動機器人所在位置的信號以及所述目標物體所在位置的信號，并接收所述控制終端發送的控制信號； 所述處理模塊根據所述控制信號控制所述動力模塊牽引所述移動滾輪轉動以使所述移動機器人接近一目標位置。
10.一種如權利要求5所述的移動機器人系統的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括: 所述控制終端根據全部所述移動機器人所在位置的信號、所述目標物體所在位置的信號以及所述移動策略數據庫生成一用于控制指定的移動機器人到目標位置的控制指令，并發送所述控制指令到所述指定的移動機器人。
【文檔編號】G05D1/02GK104199452SQ201410505299
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】黃佳晨, 龐作偉 申請人:上海未來伙伴機器人有限公司