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基于计算机视觉的移动机器人导航
来源:本站整理  作者:佚名  2009-09-23 13:27:58



  2.1 直行控制

  如果哈夫变换的检测结果表明是一条直线即机器人视野中只有1条主引导线时,则运行直行模块。实际中有2种情况需要考虑:一是机器人的初始位置不一定正对引导线,二是在机器人的机电配置中,左右轮子的马达运动不会绝对精确和对称。这些会使机器人在运动中出现侧偏。可采用下述方法进行直行控制:根据引导线在图像平面坐标中的位置来判断机器人的偏向。当引导线位于图像平面的左半边,说明摄像头的光轴与引导线不垂直且相对于引导线右偏,则命令机器人左转;当引导线位于图像平面的右半边,说明摄像头的光轴与引导线不垂直且相对于引导线左偏,则命令机器人右转;当引导线在图像平面两边均存在时,则命令机器人不偏转继续直行。机器人在前进过程中,根据图像平面中引导线位置不断调整方位,以一定的转动角度(转动角度尽量小,这样机器人的摆动幅度就会小)在直线路径上行走。

2.2 转弯控制

  如果哈夫变换的检测结果表明是两条相互垂直的直线,即机器人的视野中出现转弯路口,则开始运行转弯模块。

  机器人需要在距转角合适的距离处开始运行转弯模块,以保证机器人视野中始终具有引导线。如图4所示,AB段表示摄像头的纵向视野范围,C点为转角点,机器人需要知道自身在实际二维平面中相对于转角点C的距离即BC段距离。由图像信息获得现实世界坐标系中的参数,即所谓三维重建,这需要对基于计算机视觉的移动机器人导航系统进行摄像机标定。

  鉴于移动机器人识别的引导线在地面上这一限制条件,并且摄像头固定在机器人上,可以选择机器人坐标系为世界坐标系,即世界坐标系与机器人同步移动。坐标原点为标定模板的左下角标定点的中心,Zw轴垂直地面,XwYw平面即为地面。在该坐标系下地面目标的坐标可以表示为(Xw,Yw,0),标定模板由直径5 mm、相距10 mm共72个圆点构成,如图5所示。

    
移动机器人的摄像机标定问题,如果忽略因物面与摄像机光轴不垂直造成的非线性,则可归结为在二维世界坐标系中求变换矩阵M。

 

  世界坐标系(Xw,Yw,Zw),Zw轴垂直地面,XwYw平面即为地面,在该坐标系下地面目标的坐标P可以表示为(Xw,Yw,0)。式 (2)中Xi,Yj(其中i=1,2,…,n,j=1,2,…,n)即为地面目标的坐标(Xw,Yw)。只要有4个标定点就可以求解该线性方程组,分别测得其在地面上的坐标(Xw,Yw,0),再根据由图像处理的方法得到的图像坐标系中的像素坐标(ui,vj)(其中i=1,2,…,n,j=1,2,…, n),即可求得变换矩阵M,M=[m11,m12,m14,m21,m22,m24,m31,m32]T,其中m34=1。变换矩阵M的元素取值受到摄像头俯仰角和架设高度的影响。在实验室条件下,本系统选取BC=13 cm时开始运行转弯模块。

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