本发明专利技术公开了一种基于图像视觉的移动机器人路径规划方法及装置，包括铝合金结构框架、二自由度图像采集系统、环形图像采集系统、通信系统、静态障碍物和移动机器人。铝合金结构框架由铝合金型材、四向连接座、底座和链条张紧装置组成；二自由度图像采集系统设置在铝合金结构框架上端，用以获取移动机器人工作环境的不同视觉的全局图像；环形图像采集系统设置在铝合金结构框架的立柱上，用以获取具体静态障碍物的高度等信息。本发明专利技术能够获取多角度工作环境的全局图像以及障碍物高度等信息，利用数字图像处理技术，对移动机器人的工作环境空间进行还原，依据得到的数字图像信息对移动机器人的路径进行规划，以实现移动机器人的自主导航。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人视觉技术，特别涉及一种基于图像视觉的移动机器人路径规划装置。
技术介绍
自主导航是移动机器人领域中的关键技术。目前，移动机器人自主导航技术主要有电磁导航技术、磁带导航技术、光学导航技术、激光导航技术、惯性导航技术和视觉导航技术等。电磁导航技术是较为传统的导引技术，需要事先在工作区域铺设导引线，安装成本较低，引导稳定，可操作性强，能够避免声光等的干扰，但导引线路径固定，不方便变更和扩展，在复杂路面、路径条件下难于实现；磁带导航技术的工作原理简单，灵活性好，能够方便的扩充或改变线路，但其容易受金属物质干扰，可靠性能低；光学导航技术与电磁导航技术相似，路线设置简单，灵活性较好，但其对环境要求较高，可靠性差，易被污染和磨损，同时定位精确度有待提高；激光导航技术的最大优势是可靠性高，但导航设备昂贵，设备的安装和更换较为复杂；惯性导航技术是一种不依赖于外部信息、不易受到干扰的自主式导航技术，不需要外部参照，适用于复杂的地理环境，抗干扰能力强，但是其控制性能和实时性较差；视觉导航技术是近些年新兴的一个技术，主要分为结构化路径导航和非结构化路径导航，结构化路径视觉导航已经发展到应用阶段，相对于结构化路径来说，视觉导航的最终发展研究目标是非结构化的、柔性化的路径视觉导航，即不再需要预先铺设路径，只通过移动机器人所配置的“眼睛”——单目、双目、甚至多目摄像机，实现3D场景图像的实时处理，使得移动机器人能够识别整个工作环境的地形信息，根据工作环境进行路径的柔性规划，这种功能的实现需要复杂而优良的算法、高效而低耗的处理器来支撑，是移动机器人视觉导航研究的重点。视觉导航技术要求移动机器人能够获取详细的工作环境地形信息，根据给予的指令及环境信息规划路径，避开不可越障碍物，以最优路径到达目标，路径规划是自主机器人智能化程度的重要标志。为了提高移动机器人视觉导航的效率和可靠性，需要对视觉图像的获取与处理、路径规划智能算法的优化、移动机器人与上位机的通信等相关技术的进行理论验证。目前，软件仿真是较为普遍的选择，但是由于仿真环境太过理想化，仿真结果与实际应用还存在较大差距；同时，目前存在的相类似的实验平台，一般采用固定式的摄像头，只能获取单一角度的全局图像，很难得到完整的、准确无误的移动机器人作业环境图像，并且无法获取障碍物的高度等信息，致使将部分移动机器人完全可以越过的、小的障碍物与不可越的障碍物归为一类，不仅增加了路径规划的难度，而且
使得移动机器人行驶的路径增加，花费更多的时间。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于图像视觉的移动机器人路径规划装置，用于获取移动机器人复杂工作环境的详细数字图像，方便进行路径规划操作，实现移动机器人自主导航。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种基于图像视觉的移动机器人路径规划装置，在移动机器人和其周围的静态障碍物所共同形成的区域的上方设置环形图像采集系统和二自由度图像采集系统；二自由度图像采集系统的摄像头在平行于移动机器人所在平面内边移动边对准所述区域从上至下进行摄像获得全局图像；环形图像采集系统的摄像头围绕移动机器人和其周围的静态障碍物所共同形成的区域的外围边绕圈边对所述区域从区域外向区域内进行摄像获得侧面图像；环形图像采集系统和二自由度图像采集系统将采集到的图像分别发送到上位机中，上位机利用OPENCV软件对全局图像进行障碍物识别和图像配准处理，再将处理后的全局图像与侧面图像进行整合获得具有静态障碍物高度信息的最终图像，按照移动机器人能否越过为标准将得到最终图像进行二值化处理，形成的“0-1”全局图像的栅格图，最后通过MATLAB软件对移动机器人的路径进行规划并将规划结果传递给移动机器人。进一步的，在本专利技术中，在移动机器人和其周围的静态障碍物所共同形成的区域上方设置有长方体的框架结构，所述二自由度图像采集系统设置在框架结构的顶端，且包括横向驱动系统、纵向驱动系统和全局摄像系统；所述横向驱动系统设置在框架顶端的水平的一副对边上，包括横向驱动电机横向驱动电机减速器、主动丝杠和从动丝杠，主动丝杠平行设置在其中一个边上，从动丝杠与主动丝杠处于同一平面且相互平行地设置在另一个边上，横向驱动电机通过横向驱动电机减速器与主动丝杠的一端相连接，主动丝杠的另一端通过丝杠底座固定在框架上，从动丝杠的两端均通过丝杠底座固定在框架上，主动丝杠和从动丝杠上分别设置有主动链轮和从动链轮，主动链轮和从动链轮之间通过链条连接；所述纵向驱动系统包括纵向驱动电机减速器、纵向驱动电机、纵向驱动电机底座、丝杠和长圆杆，所述丝杠水平且与主动丝杠垂直设置，所述纵向驱动电机固定在纵向驱动电机底座上，所述纵向驱动电机底座与主动丝杠相配合，所述纵向驱动电机通过纵向驱动电机减速器与丝杠一端连接，丝杠的另一端与支架座相连接，所述支架座与从动丝杠相配合；所述全局摄像系统包括全局摄像机、全局摄像机支架和全局摄像机底座，所述全局
摄像机通过全局摄像机支架与全局摄像机底座相连接，全局摄像机底座与丝杠配合且全局摄像机底座上有圆形通孔，所述长圆杆穿过圆形通孔且一端连接到纵向驱动电机底座另一端连接到支架座。进一步的，在本专利技术中，所述环形图像采集系统包括环形轨道、环形摄像机、环形摄像机支架、环形摄像机底座和滑块；所述环形轨道固定框架结构上且成水平摆放；所述环形轨道上设置有凹槽导轨，所述环形摄像机通过环形摄像机支架和环形摄像机底座相连接，所述环形摄像机底座进而通过滑块与环形轨道上的凹槽导轨相配合。进一步的，在本专利技术中，所述环形图像采集系统和二自由度图像采集系统所采集的图像数据通过图像数据采集卡传输给上位机，所述移动机器人内部设置有无线路由器，移动机器人通过无线路由器与上位机进行通信。有益效果：本专利技术提供的基于图像视觉的移动机器人路径规划装置，通过二自由度图像采集系统获取多角度的工作环境全局图像，通过环形图像采集系统获取障碍物高度等信息，利用数字图像处理技术进行障碍识别和图像配准，从而得到复杂工作环境的详细数字图像，为研究复杂环境下移动机器人路径规划问题提供了非常有效的实验平台，有利于实现移动机器人自主导航。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的局部结构示意图；图3为移动机器人局部剖面示意图；图4为全局摄像机底座结构示意图。图中：1-铝合金型材，2-四向连接座，3-丝杠底座，4-从动链轮，5-链条，6-从动丝杠，7-支架座，8-全局摄像机，9-全局摄像机支架，10-全局摄像机底座，11-长圆杆，12-丝杠，13-螺栓柱，14-双头螺母，15-纵向驱动电机减速器，16-纵向驱动电机，17-纵向驱动电机底座，18-扇形连接支架，19-底座，20-静态障碍物，21-移动机器人，22-上位机，23-环形摄像机，24-横向驱动电机底座，25-横向驱动电机减速器，26-横向驱动电机，27-主动丝杠，28-主动链轮，29-环形摄像机支架，30-环形摄像机底座，31-滑块，32-凹槽导轨，33-方孔，34-紧固螺栓，35-无线路由器，36-双目摄像机，37-红外避障传感器，38-螺纹孔，39-圆形通孔，40-图像数据采集卡。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于图像视觉的移动机器人路径规划方法，其特征在于：在移动机器人(21)和其周围的静态障碍物(20)所共同形成的区域的上方设置环形图像采集系统和二自由度图像采集系统；二自由度图像采集系统的摄像头在平行于移动机器人(21)所在平面内边移动边对准所述区域从上至下进行摄像获得全局图像；环形图像采集系统的摄像头围绕移动机器人(21)和其周围的静态障碍物(20)所共同形成的区域的外围边绕圈边对所述区域从区域外向区域内进行摄像获得侧面图像；环形图像采集系统和二自由度图像采集系统将采集到的图像分别发送到上位机(22)中，上位机(22)利用OPENCV软件对全局图像进行障碍物识别和图像配准处理，再将处理后的全局图像与侧面图像进行整合获得具有静态障碍物高度信息的最终图像，按照移动机器人(21)能否越过为标准将得到最终图像进行二值化处理，形成的“0‑1”全局图像的栅格图，最后通过MATLAB软件对移动机器人(21)的路径进行规划并将规划结果传递给移动机器人(21)。
【技术特征摘要】
1.一种基于图像视觉的移动机器人路径规划方法，其特征在于：在移动机器人(21)和其周围的静态障碍物(20)所共同形成的区域的上方设置环形图像采集系统和二自由度图像采集系统；二自由度图像采集系统的摄像头在平行于移动机器人(21)所在平面内边移动边对准所述区域从上至下进行摄像获得全局图像；环形图像采集系统的摄像头围绕移动机器人(21)和其周围的静态障碍物(20)所共同形成的区域的外围边绕圈边对所述区域从区域外向区域内进行摄像获得侧面图像；环形图像采集系统和二自由度图像采集系统将采集到的图像分别发送到上位机(22)中，上位机(22)利用OPENCV软件对全局图像进行障碍物识别和图像配准处理，再将处理后的全局图像与侧面图像进行整合获得具有静态障碍物高度信息的最终图像，按照移动机器人(21)能否越过为标准将得到最终图像进行二值化处理，形成的“0-1”全局图像的栅格图，最后通过MATLAB软件对移动机器人(21)的路径进行规划并将规划结果传递给移动机器人(21)。2.根据权利要求1所述的基于图像视觉的移动机器人路径规划方法的装置，其特征在于：在移动机器人(21)和其周围的静态障碍物(20)所共同形成的区域上方设置有长方体的框架结构，所述二自由度图像采集系统设置在框架结构的顶端，且包括横向驱动系统、纵向驱动系统和全局摄像系统；所述横向驱动系统设置在框架顶端的水平的一副对边上，包括横向驱动电机(26)、横向驱动电机减速器(25)、主动丝杠(27)和从动丝杠(6)，主动丝杠(27)平行设置在其中一个边上，从动丝杠(6)与主动丝杠(27)处于同一平面且相互平行地设置在另一个边上，横向驱动电机(26)通过横向驱动电机减速器(25)与主动丝杠(27)的一端相连接，主动丝杠(27)的另一端通过丝杠底座(3)固定在框架上，从动丝杠(6)的两端均通过丝杠底座(3)固定在框架上，主动丝杠(27)和从动丝杠(6)上分别设置有主动链轮(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱华，李鹏，赵勇，李猛钢，李雨潭，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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