一種機器人系統及基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種機器人系統，尤其是設及一種具備人體探測和跟蹤功能的機器人 系統；本發明還設及一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科技和社會的進步，安防技術得到了快速發展，并在企事業單位及家庭的安 防系統中得W廣泛應用。據統計，在全球范圍內，2015年安防行業的產值將達5000億元。 傳統的安防工作主要采取固定攝像裝置監控加人力值班巡邏的模式，該種方式在對較大區 域進行監控時需要購置大量的攝像裝置，設備投入較高，而且該種模式靈活性較差，很難實 現無死角監控的目的，該就需要通過安排安保人員輪流巡邏W彌補不足。但近年來，隨著人 力成本的不斷上升，致使各企事業單位在安防工作方面的投入成本也在不斷加大，影響了 經濟效益。
[0003] 基于傳統安防工作模式存在的問題和不足，現階段本領域正在研究和探索"固定 攝像頭+中控室+機器人巡邏"的安防工作模式，利用機器人代替安保人員執行24小時巡 邏任務，W增強安防效果，節約人力成本，還可W通過機器人實施報警、考勤、迎賓工作，提 高友好度。在機器人代替安保人員執行安防任務的過程中，人是其需要打交道的重要對象， 包括主人、客人W及非法入侵者等多種角色，該就要求其具備能夠準確地探測、跟蹤人體的 能力。
[0004] 目前，在人體探測領域應用的技術主要包括W下幾種；（1)基于圖像處理的技術， 其通過攝像頭采集圖像，再通過特征提取與識別的方法檢測并定位人體。基于固定攝像頭 的安防技術相對較為成熟，但移動攝像頭的圖像識別準確率偏低，難W滿足機器人移動巡 邏的使用要求。（2)基于被動式紅外攝像頭的技術，該種攝像頭通過紅外線可W準確地探 測到人體等發熱物體，適用于野外場景，但其價格昂貴、條件要求較高，主要用于軍事。（3) 基于人體感應開關的技術，人體感應開關靈敏度較高，能夠檢測一定區域內（例如，檢測角 度120度左右，距離0~10米左右的區域）的移動人體，但體感應開關只能探測一定區域 內是否存在人體，而不能實現準確定位，其常被用于自動口、走廊燈等場景。（4)基于Kinet 等體感類設備的技術，Kinect是微軟推出的甜0x360游戲機體感設備，具備采集深度圖像 的能力，通過特定算法可W實時地檢測到距離0~4米、53°范圍內的人體，并能確定人體 的精確位置和姿勢，Kinect目前主要用于體感交互、游戲控制、機器導航等領域。盡管目前 已有眾多人體探測的技術，但單一地將其應用于移動機器人，代替安保人員執行安防工作， 很難滿足機器人需要精確地探測到人體并實現跟蹤的需要。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種機器人系統及基于該機器人系統的人體探測和跟蹤方 法，機器人系統具有實施容易、安全可靠、準確率高的優點；基于該機器人系統的人體探測 和跟蹤方法具有容易實現、執行效率高的優點；通過本發明可W使機器人系統實現360° 無死角的人體探測和跟蹤目的。
[0006] 為解決現有技術中基于單一人體探測技術不適用于移動機器人，不能實現精確探 測和跟蹤人體的技術問題，本發明提供的一種機器人系統包括設有移動功能機構的機器人 本體，還包括由多個人體感應開關組成的人體感應開關陣列，和一個體感攝像裝置，其中多 個人體感應開關安裝在機器人本體上并沿機器人本體的周向均勻分布，其中體感攝像裝置 安裝在機器人本體上并處于人體感應開關陣列的上方。
[0007] 優選地，本發明提供的一種機器人系統，其中所述人體感應開關陣列包含四個人 體感應開關，四個人體感應開關距離地面的高度均為0. 75m，所述體感攝像裝置距離地面的 高度為Im，體感攝像裝置的拍攝角度成水平狀態設置。
[000引本發明還提供了一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法，包括W下步驟：
[0009] 一、啟動機器人系統進行監控，讓體感攝像裝置和人體感應開關陣列中的所有人 體感應開關均處于正常工作狀態；
[0010] 二、人體感應開關陣列中的各個人體感應開關對其各自探測角度度范圍內的區域 進行探測，并根據是否探測到人體產生相應的輸出信號，所有人體感應開關的輸出信號按 順序組合構成人體感應開關陣列的輸出信號集合；
[0011] =、體感攝像裝置對其探測角度范圍內的區域進行探測，并根據是否探測到人體 產生相應的輸出信號；
[0012] 四、根據人體感應開關陣列的輸出信號集合和體感攝像裝置的輸出信號，機器人 本體做特定的動作W實現人體探測和跟蹤目的，所述特定動作包括靜止、旋轉和移動=種 動作狀態。
[0013] 進一步地，本發明提供的一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法，在所述步 驟四中，具體包括W下步驟：
[0014] (一）當人體感應開關陣列和體感攝像裝置均沒有探測到人體時，機器人本體保 持靜止狀態；
[0015] (二）當人體感應開關陣列探測到人體，而體感攝像裝置沒有探測到人體時，根據 人體感應開關陣列的輸出信號集合確定人體所處的角度范圍，機器人本體據此做相應的旋 轉和移動動作；
[0016] (=)當人體感應開關陣列和體感攝像裝置均探測到人體時，根據體感攝像裝置 的輸出信號確定人體的精確位置，機器人本體據此做相應的旋轉和移動動作。
[0017] 進一步地，本發明提供的一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法，在所述步 驟（二）中，機器人本體做相應的旋轉和移動動作遵循W下規則：
[0018] 機器人本體做旋轉動作，使人體處于體感攝像裝置的探測角度范圍內；
[0019] 機器人本體做相對于人體方向的移動動作，使人體處于體感攝像裝置的探測距離 范圍內。
[0020] 進一步地，本發明提供的一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法，在所述步 驟（=)中，機器人本體做相應的旋轉和移動動作遵循W下規則：
[0021] 機器人本體做旋轉動作，使人體處于體感攝像裝置正前方的方向；
[0022] 機器人本體做相對于人體方向的移動動作，當機器人本體和人體之間的距離達到 預定值后，機器人本體停止移動。
[0023] 進一步地，本發明提供的一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法，其中所述 根據人體感應開關陣列的輸出信號集合確定人體所處的角度范圍，遵循W下判斷規則：
[0024] ①護中有且僅有第n個元素的值為1時，則認為人體處于該元素對應的人體感應 開關的探測角度范圍內，
[0025] 0G[Qn-A/2,an+A/引 山
[0026] ②護中有且僅有第n和第n+1兩個相鄰元素的值為1時，則認為人體處于該兩個 元素對應的兩個人體感應開關的探測角度范圍的重疊區域內，
[0027] 0G[aw-A/2,Qn+A/2] [2]
[0028] ⑨護中有兩個不相鄰的元素的值為1或S個W上的元素的值為1時，濾除Bt和 兩個集合中元素值同為1的元素后，再依據①或②的規則判斷人體所處方位角度范圍；
[0029] ④前述S種情況均不符合時，則認為人體所處方位角度范圍為，
[0030] 0G[0,360] 閒
[0031] 在上述①、②、⑨、④項和公式山、口]、口]中，護二[明，巧，…，瑞棱人體感 應開關陣列在t時刻的輸出信號集合，護-1 =齡-1，的-1，…，瑞-1]表示人體感應開關 陣列在t-1時刻的輸出信號集合，0表示人體所處角度范圍，a。表示人體感應開關陣列中 第n個人體感應開關在W機器人本體為原點的坐標系中的安裝位置角度，A表示人體感應 開關的探測角度范圍，Bt和B集合中的某個元素的值為0時，表示該元素對應的人體感應 開關的探測角度范圍內沒人，某個元素的值為1時，則表示該元素對應的人體感應開關的 探測角度范圍內有人；0e[0,360]時，表示人體所處的方位角度范圍無法直接判斷。
[0032] 進一步地，本發明提供的一種基于機器人系統的人體探測和跟蹤方法，其中所述 根據體感攝像裝置的輸出信號確定人體的精確位置，遵循W下規則：
[0033] ⑥人體相對于體感攝像裝置正前方的方位角度為，
[0034] |3 =arctan(x/y) [4]
[00巧]⑧人體相對于機器人本體的距離為，
[0036]
巧]
[0037]在上述⑥、⑧項和公式[4]、[5]中，X和y分別表示人體在W機器人本體為原點的 =維坐標系中的X坐標值和y坐標值，其中X和y夠成