基于专家知识移动目标追踪机器人制造技术

本实用新型专利技术基于专家知识移动目标追踪机器人，其特征包括目标、红外传感器模块、图像处理模块、摄像头模块、控制器、电源模块、光电编码器反馈模块、电机驱动模块、左右轮。摄像头模块采集目标图像，并存储为图像信息，传输到图像处理模块，把经过图像处理产生目标位置信息通过CAN总线串口通信方式传输到控制器，控制器产生PWM脉冲信号并发送至电机驱动模块，使机器人得到运动指令向目标位置运动。红外传感器模块对目标进行测距，并将结果传输到控制器；通过光电编码器反馈模块判断运动速度，并将结果反馈到控制器，再由控制器发送修正指令到电机驱动模块来控制左右轮的运动速度，实现实时追踪，从而形成速度闭环控制系统。

【技术实现步骤摘要】
基于专家知识移动目标追踪机器人
本技术涉及自主追踪
，尤其是基于专家知识移动目标追踪机器人。
技术介绍
随着计算机技术和科学技术的发展，目标追踪已经广泛应用于社会各个场所，如在社区、银行、停车场等公共场合，但这些应用场合的目标追踪技术主要是处理简单的目标信息，获取固定区域的环境信息。当动态目标远离追踪设备或者被障碍物遮挡时，会导致追踪目标丢失，并且对特殊目标实施大范围连续追踪时，这种目标追踪技术就不能够满足要求。因此，该场所需要一种能够根据动态目标自主调整位置的目标追踪设备，还需要可以实现连续追踪目标，使被追踪的目标保持在追踪设备的视野当中。因此，本技术提出了基于专家知识移动目标追踪机器人，该自主追踪机器人不仅能实现在任意方向上对目标进行连续追踪，而且该机器人追踪系统还是一个实时系统。
技术实现思路
针对以上问题，本技术提供一种稳定性可靠、鲁棒性良好的基于专家知识移动目标追踪机器人。本技术基于专家知识移动目标追踪机器人，其特征包括目标、红外传感器模块、图像处理模块、摄像头模块、控制器、电源模块、光电编码器反馈模块、电机驱动模块、左右轮。摄像头模块采集目标图像，并存储为图像信息，传输到图像处理模块，把经过图像处理产生目标位置信息通过CAN总线串口通信方式传输到控制器，控制器产生PWM脉冲信号并发送至电机驱动模块，使机器人得到运动指令向目标位置运动。通过光电编码器反馈模块判断运动速度，并将结果反馈到控制器，再由控制器发送修正指令到电机驱动模块来控制左右轮的运动速度，实现实时追踪，从而形成速度闭环控制系统。所述的摄像头模块是RB-221CCD摄像头。所述的图像处理模块包含预处理、图像分割、图像特征提取。所述的光电编码器反馈模块安装在电机驱动模块与电机之间，实现对目标运动速度的检测，将检测到的结果反馈到控制器，再由控制器控制左右轮的运动速度，使目标在追踪范围内，实现实时追踪，从而形成速度闭环控制系统。本技术的有益效果是：本技术利用RB-221CCD摄像头采集目标图像信息，并存储为图像信息，传输到图像处理模块，把经过图像处理的目标位置信息通过CAN总线串口通信方式传输到控制器，控制器产生PWM脉冲信号发送至电机驱动模块，使机器人得到运动指令向目标位置运动。红外传感器模块对目标进行测距，并将结果传输到控制器；通过光电编码器反馈模块判断运动速度，并将结果反馈到控制器，再由控制器发送修正指令到电机驱动模块来控制左右轮的运动速度，使目标在追踪范围内，实现实时追踪，从而形成速度闭环控制系统。该系统是一个实时系统，并具有稳定性可靠、鲁棒性良好的特点。本技术对目标图像处理计算效率要求较高，目标图像的预处理、图像分割、图像特征提取算法的实时性计算是本技术的关键。摄像头模块包括电机固定底座、电机、安装板、摄像头和红外传感器。主电机固定底座用来固定主电机实现安装板上的摄像头和红外传感器进行顺时针或者逆时针旋转即左右旋转；主电机驱动端与从电机固定底座相连，从电机固定底座用来固定从电机，从电机可以实现安装板上的摄像头和红外传感器进行顺时针或者逆时针旋转即上下旋转，使摄像头能够旋转到指定追踪目标的角度和方向。光电编码器反馈模块安装在车轮与电机之间，实现对目标运动速度检测，将检测的结果反馈到控制器，再由控制器控制左右轮的运动速度，实现实时追踪。附图说明图1为本技术结构框图。图2为本技术算法流程图。图3为本技术摄像头模块三维结构图。图4为本技术基于专家知识移动目标追踪机器人的三维结构图。图5为本技术运动状态分析图。具体实施方式下面参照附图并结合实施例对本技术作进一步的描述。本技术是基于图像处理和Arduino平台搭建，因此，该控制方法相对于传统的图像处理领域和智能机器人控制领域具备了应用结合两平台所带来的一切优点，例如系统稳定性可靠、鲁棒性强等。如图1所示，基于专家知识移动目标追踪机器人，包括目标1、红外传感器模块2、图像处理模块3、摄像头模块4、控制器5、电源模块6、光电编码器反馈模块7、电机驱动模块8和左右轮9。摄像头模块4采集目标1，并将目标1存储为图像信息传输到图像处理模块3，并将图像处理后得到的目标1位置信息通过CAN总线串口通信方式传输到控制器5，控制器5产生PWM脉冲信号发送至电机驱动模块8，使机器人得到运动指令向目标1位置运动。红外传感器模块2对目标1进行测距，并将结果传输到控制器5；通过光电编码器反馈模块7判断运动速度，并将结果反馈到控制器5，再由控制器5发送修正指令到电机驱动模块8来控制左右轮9的运动速度，使目标1在追踪距离范围内，实现实时追踪，从而形成速度闭环控制系统。如图2所示，摄像头模块4采集目标1图像，并将采集的图像存储为图像信息，再进行图像信息的预处理、图像分割、图像特征提取。所述的预处理包括图像灰度化、直方图均衡化、中值滤波、对比度增强、二值化；所述的图像分割是把捕捉到的目标1信息同背景信息相分离达到降低干扰的作用；所述的图像特征提取是采取主成分分析方法，并且经过训练分类，确定目标信息符合要求。并将图像处理后得到的目标1位置信息进行运动参数运算，通过专家控制算法计算出前进方向坐标，使机器人向目标1位置运动，并通过对目标1在有效范围内的辨识，不断修正机器人的位置，使目标1在机器人追踪距离范围内，实现实时追踪。所述的专家控制算法是结合移动机器人所处的环境，输入量为移动机器人相对移动目标距离信息，输出量为移动机器人行走的角速度和线速度。根据移动目标1位置，可分为左，中，右3个方位，根据移动目标1的距离远近将移动目标方位DireObjective的论域划分为{LJ，LZ，LY，CJ，CZ，CY，RJ，RZ,RY，N}，其中L，C，R分别表示左，中，右,N表示没有移动目标1，取模糊论域为[-20,20]区间内。将输出变量移动机器人的线速度V论域划分为{LV，MV，HV，NV}，其中L，M，H分别表示低速，中速，高速，NV表示停止运行，数值范围：[0,1]。将输出变量机器人角速度Angle论域划分{LBAngle,LZAngle,CAngle，RZAngle，RBAngle，NAngle}分别表示为左转大角度，左转小角度，不旋转角度，右转小角度，右转大角度，无转角，数值范围：[0,180]，左边为0度，右边为180度。所述专家控制算法是对人工驾驶的实践经验和专家知识规则的理论知识进行总结，得到移动机器人控制的4条基本思想规则：（1）IF移动目标1左偏THEN移动机器人角速度逆时针；（2）IF移动目标1右偏THEN移动机器人角速度顺时针；（3）IF移动目标1较远THEN移动机器人速度快；（4）IF移动目标1较近THEN移动机器人速度慢。移动机器人具体的左转、右转，速度快、速度慢，由专家控制算法得到的移动目标1位置信息所决定。如图3所示：摄像头模块4包括主电机固定底座10、主电机11、摄像头12、安装板13、从电机14、红外传感器15和从电机固定底座16。主电机固定底座10来固定主电机11，实现安装板13上的摄像头12和红外传感器15进行顺时针或者逆时针旋转即左右旋转；主电机11驱动端与从电机固定底座16相连，从电机固定底座16用来固定从电机14本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于专家知识移动目标追踪机器人，包括目标（1）、红外传感器模块（2）、图像处理模块（3）、摄像头模块（4）、控制器（5）、电源模块（6）、光电编码器反馈模块（7）、电机驱动模块（8）、左右轮（9），摄像头模块（4）通过采集目标（1）图像，并存储为图像信息，传输到图像处理模块（3），把经过图像处理的目标（1）位置信息通过CAN总线串口通信方式传输到控制器（5），控制器（5）接收信息后，产生PWM脉冲信号发送至电机驱动模块（8），使机器人得到运动指令向目标（1）位置运动，通过红外传感器模块（2）对目标（1）进行测距，并将结果传输到控制器（5）；通过光电编码器反馈模块（7）判断运动速度，并将结果反馈到控制器（5），再由控制器（5）发送修正指令到电机驱动模块（8）来控制左右轮的运动速度，使目标（1）在追踪范围内。

【技术特征摘要】
1.基于专家知识移动目标追踪机器人，包括目标（1）、红外传感器模块（2）、图像处理模块（3）、摄像头模块（4）、控制器（5）、电源模块（6）、光电编码器反馈模块（7）、电机驱动模块（8）、左右轮（9），摄像头模块（4）通过采集目标（1）图像，并存储为图像信息，传输到图像处理模块（3），把经过图像处理的目标（1）位置信息通过CAN总线串口通信方式传输到控制器（5），控制器（5）接收信息后，产生PWM脉冲信号发送至电机驱动模块（8），使机器人得到运动指令向目标（1）位置运动，通过红外传感器模块（2）对目标（1）进行测距，并将结果传输到控制器（5）；通过光电编码器反馈模块（7）判断运动速度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方学靠，袁杰，米汤，潘荣敏，袁浩然，曹玲，赵攀，黄建新，刘蕊，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：新型
国别省市：新疆,65