一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台制造技术

本发明专利技术公开了一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，包括底盘、相机装置、相机云台和并联调整机构，底盘上设有微处理器、移动电源、上位机、多个全向轮及与全向轮一一对应的减速电机；相机装置包括彩色相机一、彩色相机二和深度相机；相机云台设于相机装置的下方；并联调整机构包括三个电缸组件，每个电缸组件包括伺服电动缸和驱动伺服电动缸的伺服电机，每个伺服电动缸的上端与相机云台铰接、下端与底盘铰接；彩色相机一、彩色相机二、深度相机和微处理器均与上位机电连接，各减速电机和各伺服电机均与微处理器电连接，上位机、各减速电机和各伺服电机均与移动电源电连接。本发明专利技术增强了主动式路径规划灵活性的同时，仍能保证系统的稳定性。

An Active Vision SLAM Mobile Platform with Adjustable Camera Attitude

【技术实现步骤摘要】
一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台。
技术介绍
即时定位和建图(SimultaneousLocalizationandMapping，SLAM)是实现移动机器人自主作业的关键技术之一，其中根据所用传感器的不同，主要分为激光SLAM和视觉SLAM。近年来，随着计算机视觉技术的发展，视觉SLAM凭借其相对较低的实现成本和出色的表现，得到了越来越多的关注。单纯的视觉SLAM算法被地接收传入的传感器数据，然后根据对应的算法解算出当前时刻相机的位姿和地图，并对整体进行优化，其移动的路径通常是随机的。而主动式视觉SLAM，将轨迹规划融入到SLAM框架中，通过决策主动选择下一时刻的路径(相机位姿)，来达到以下目的：1.使SLAM过程中状态变量的不确定性快速收敛，减小系统误差；2.增强探索未知地形的效率；然而当前用于视觉SLAM研究的室内移动平台，虽然各具特色，但基本上都是基于常规的SLAM应用，所携带的相机通常固定在机器人机身上，只能被动地随着机器人的移动而移动，缺乏足够的灵活性。像常见的TurtleBot、EAIBOT以及Autolabor机器人移动平台，它们都采用轮式设计，相机固定在平台上方，因此可选择的主动规划的路径有限(单一平面内)，难以适应主动式视觉SLAM的需求。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，该移动平台将相机模块固定在一个三自由度并联调整机构上，加上轮式底盘所具有的三个自由度，在增强了主动式路径规划的灵活性的同时，仍能保证系统的整体稳定性。本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，包括：底盘，用于作为承载和移动机构，所述底盘上设有微处理器、移动电源、上位机、多个全向轮以及与全向轮一一对应并驱动全向轮的减速电机；相机装置，用于采集图像信息并传输给微处理器以使得微处理器作出路径规划，所述相机装置包括彩色相机一、彩色相机二和深度相机，彩色相机一与彩色相机二左右对称，深度相机位于彩色相机一和彩色相机二的正中间下方；相机云台，设于相机装置的下方用于固定相机装置；以及，并联调整机构，用于调整相机装置的位姿，所述并联调整机构包括三个电缸组件，每个电缸组件包括伺服电动缸和驱动伺服电动缸的伺服电机，每个伺服电动缸的上端与相机云台铰接、下端与底盘铰接；其中，彩色相机一、彩色相机二、深度相机和微处理器均与上位机电连接，各减速电机和各伺服电机均与微处理器电连接；上位机、各减速电机和各伺服电机均与移动电源电连接。进一步地，所述彩色相机一和彩色相机二的光轴呈60°且采用视角为120°以上的鱼眼相机保证公共视野。进一步地，每个伺服电动缸的上端通过球铰链与相机云台的下表面铰接、下端通过圆柱铰链与底盘的上表面铰接。进一步地，所述相机装置通过相机底盖和支撑架固定于相机云台上，所述相机底盖固定于相机装置的底部，支撑架的上端与相机底盖的中心固定连接、下端与相机云台的中心固定连接。进一步地，所述底盘由四根型材组成，设四根型材分别为型材一、型材二、型材三和型材四，底盘的中部设有一块中部安装板，所述中部安装板相对的两个短边分别固定于型材一和型材三上，所述微处理器、移动电源和上位机均设置于安装板上。进一步地，所述中部安装板分为两个区域，其中一个区域用于放置处理器和移动电源，另一个区域用于放置上位机，两个区域均下凹于中部安装板的表面。进一步地，三个伺服电动缸的上端均布环绕铰接于相机云台的下表面，其中一个伺服电动缸的下端铰接于型材二的中心处，另外两个伺服电动缸的下端分别对称铰接于型材一和型材三上远离型材二的一端。进一步地，所述底盘的四个角上各固定一块角落安装板，用来放置减速电机和伺服电机的驱动电路板。进一步地，所述全向轮和减速电机均为4个，每个全向轮通过一个减速电机固定于一根型材的中心处，其中，减速电机的输出轴穿过型材的减速电机轴孔并通过联轴器与全向轮固定连接，且减速电机通过位于减速电机轴孔两侧的两个减速电机安装孔固定在型材上。进一步地，还包括固定于相机装置上方的惯性传感器，用于提供SLAM过程中的加速度和角速度信息，提供的加速度和角速度信息可以通过预积分的方式融入到视觉SLAM框架中，输出更加准确的SLAM定位结果。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的主动式视觉SLAM移动平台，提高了主动式视觉SLAM的灵活性和可操作空间，同时不失系统的可靠性。可调的伺服电动缸通过并联调整机构的设计，可以将相机云台调整为各种所需的姿态，类似于人颈部的运动，大大提高了候选位姿的选取范围。同时，相比于常见的串联结构的机械臂，并联调整机构的设计负载能力强，稳定性好，响应速度快，虽然有效工作空间小，但足够用来调整相机装置的位姿。在主动式视觉SLAM应用方面，本专利技术一定程度上填补了市场上相关设计的空白，可广泛应用于无人巡航机器人等应用领域。附图说明图1为本专利技术一个角度的整体结构示意图；图2为本专利技术另一个角度的整体结构示意图；图3为本专利技术单个电动缸及两端约束示意图；图4为本专利技术三自由度并联调整机构的自由度分析图；图5为本专利技术底盘结构的俯视结构示意图；图6为本专利技术电机与全向轮的安装剖面图；图7为本专利技术型材中间安装孔位置示意图；图8为本专利技术相机与惯性传感器和支撑架的安装结构示意图；图9为本专利技术不同路径选择对系统不确定性影响示例图；图10为本专利技术主动式视觉SLAM的工作流程示意图；图中，1、惯性传感器，2、彩色相机一，3、彩色相机二，4、深度相机，5、相机装置，6、相机底盖，7、支撑架，8、相机云台，9、球铰链，10、伺服电动缸，11、伺服电机，12、微处理器，13、中部安装板，14、角落安装板，15、型材，15.1、型材一，15.2、型材二，15.3、型材三，15.4、型材四，16、移动电源，17、全向轮，18、联轴器，19、减速电机，20、上位机，21、圆柱铰链，22、相机线缆出口，23、减速电机轴孔，24、减速电机安装孔。具体实施方式为了便于本领域人员更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本专利技术的保护范围。实施例1、如图1和2所示，本实施例所述的一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，包括底盘、相机装置5、相机云台8、并联调整机构以及惯性传感器1。所述底盘用于作为承载和移动机构，所述底盘上设有微处理器12、移动电源16、上位机20、多个全向轮17以及与全向轮一一对应并驱动全向轮的减速电机19。本实施例中，所述底盘由四根型材15组成一个正方形框架，整体尺寸设计为400mm×400mm，所述型材15选用铝型材，设四根型材分别为型材一15.1、型材二15.2、型材三15.3和型材四15.4。作为本实施例的一种优选，如图5所示，底盘的中部设有一块中部安装板13，优选中部安装板13的尺寸设计为400mm×150mm，所述中部安装板13相对的两个短边分别通过螺栓固定于型材一15.1和型材三15.3上，所述微处理器12、移动电源16和上位机20均设置于安装板13上；进一步地，所述中部安装板13分为两个区域，其中一个区域用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，其特征在于，包括：底盘，用于作为承载和移动机构，所述底盘上设有微处理器(12)、移动电源(16)、上位机(20)、多个全向轮(17)以及与全向轮一一对应并驱动全向轮的减速电机(19)；相机装置(5)，用于采集图像信息并传输给微处理器(12)以使得微处理器作出路径规划，所述相机装置包括彩色相机一(2)、彩色相机二(3)和深度相机(4)，彩色相机一(2)与彩色相机二(3)左右对称，深度相机(4)位于彩色相机一(2)和彩色相机二(3)的正中间下方；相机云台(8)，设于相机装置(5)的下方用于固定相机装置(5)；以及，并联调整机构，用于调整相机装置(5)的位姿，所述并联调整机构包括三个电缸组件，每个电缸组件包括伺服电动缸(10)和驱动伺服电动缸的伺服电机(11)，每个伺服电动缸(10)的上端与相机云台(8)铰接、下端与底盘铰接；其中，彩色相机一(2)、彩色相机二(3)、深度相机(4)和微处理器(12)均与上位机(20)电连接，各减速电机(19)和各伺服电机(11)均与微处理器(12)电连接；上位机(20)、各减速电机(19)和各伺服电机(11)均与移动电源(16)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，其特征在于，包括：底盘，用于作为承载和移动机构，所述底盘上设有微处理器(12)、移动电源(16)、上位机(20)、多个全向轮(17)以及与全向轮一一对应并驱动全向轮的减速电机(19)；相机装置(5)，用于采集图像信息并传输给微处理器(12)以使得微处理器作出路径规划，所述相机装置包括彩色相机一(2)、彩色相机二(3)和深度相机(4)，彩色相机一(2)与彩色相机二(3)左右对称，深度相机(4)位于彩色相机一(2)和彩色相机二(3)的正中间下方；相机云台(8)，设于相机装置(5)的下方用于固定相机装置(5)；以及，并联调整机构，用于调整相机装置(5)的位姿，所述并联调整机构包括三个电缸组件，每个电缸组件包括伺服电动缸(10)和驱动伺服电动缸的伺服电机(11)，每个伺服电动缸(10)的上端与相机云台(8)铰接、下端与底盘铰接；其中，彩色相机一(2)、彩色相机二(3)、深度相机(4)和微处理器(12)均与上位机(20)电连接，各减速电机(19)和各伺服电机(11)均与微处理器(12)电连接；上位机(20)、各减速电机(19)和各伺服电机(11)均与移动电源(16)电连接。2.根据权利要求1所述的摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，其特征在于，所述彩色相机一(2)和彩色相机二(3)的光轴呈60°且采用视角为120°以上的鱼眼相机。3.根据权利要求1所述的摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，其特征在于，每个伺服电动缸(10)的上端通过球铰链(9)与相机云台(8)的下表面铰接、下端通过圆柱铰链(21)与底盘的上表面铰接。4.根据权利要求1所述的摄像机姿态可调的主动式视觉SLAM移动平台，其特征在于，所述相机装置(5)通过相机底盖(6)和支撑架(7)固定于相机云台(8)上，所述相机底盖(6)固定于相机装置(5)的底部，支撑架(7)的上端与相机底盖(6)的中心固定连接、下端与相机云台(8)的中心固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宣银，林天培，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33