基於圖像處理的導遊機器人的製作方法
2023-06-28 04:16:56
專利名稱：基於圖像處理的導遊機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於模式識別和自動控制領域，涉及一種基於圖像處理的導遊機器人。
背景技術：
在展覽廳、展覽館、博物館等場所，均採用解說員對展品進行人工解說和介紹，在參 觀者較多或者解說員下班時間，往往不能給參觀者提供良好的服務。
實用新型內容
本實用新型要解決技術問題提供一種基於圖像處理的導遊機器人，能全天候的24小 時為參觀者提供優質的導遊服務。
本實用新型為解決上述技術問題所採用的技術方案是
一種基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，其底部設有驅動輪和轉向輪，其頂部 設有雲臺及攝像裝置，還設有語音播放器和中央控制器；中央控制器控制所述驅動輪和轉 向輪的動作，以及控制攝像裝置的開閉和雲臺的動作，攝像裝置獲取的圖像信息發送到中 央處理器，中央處理器連接所述的語音播放器。攝像裝置獲取周圍的圖像信息，中央處理 器感覺這些圖像信息可以確定導遊機器人當前所在的位置，再根據具體位置播放不同的介 紹內容。
在該導遊機器人的外周設有聲納傳感器，該聲納傳感器和中央處理器連接，實用聲納 傳感器以防導遊機器人和障礙物發生碰撞。
該基於圖像處理的導遊機器人還包括用於與外部設備通信的藍牙收發器，該藍牙接收 器連接中央處理器。由於採用了無線通信設備，方便對導遊機器人進行遠程控制。
該基於圖像處理的導遊機器人還包括麥克風和語音識別單元，語音識別單元的輸入端 連接麥克風，語音識別單元的輸出端連接中央處理器。通過語音識別單元，可以實現導遊 機器人和參觀者進行簡單的對話。
該基於圖像處理的導遊機器人還包括觸控螢幕，該觸控螢幕連接所述的中央處理器，採用 觸控螢幕，為參觀者提供良好的人機界面。
本實用新型的有益效果有本實用新型的基於圖像處理的導遊機器人可實現在己知環境下，代替導遊向遊客進行 解說，同時遊客也可以通過語音識別系統與導遊機器人進行簡單的語言交流。此種導遊機 器人可應用於博物館、商店、機場等場合。導遊機器人能通過遠程控制和自主駕駛相結合 的方式，完成從迎賓到多個定點之間的導遊任務。導遊機器人能夠在客人到來時揮手致意 並致歡迎詞，然後帶領客人逐個參觀景點，在每個參觀景點前進行講解並回答客人的簡單 問題。導遊機器人的運動速度與人的慢行速度相當，能避免與客人或牆壁等相撞。 具體來說，該導遊機器人具有以下優點
1、 自主行走-導遊機器人由自身攜帶的蓄電池提供能源
2、 自主規劃路徑-導遊機器人通過感知系統採集環境信息實現自主路徑規劃
3、 自動避障-導遊機器人在行進中可探測並識別障礙物，並作出不同反應，實現自動 躲避障礙物。
4、 語言識別-導遊機器人在一定語言範圍內可以與人自由對話
5、 語音合成-設計了計算機控制語言講解系統，可以方便靈活地實現多國語言、任意 場景的講解。
6、 多媒體信息査詢-通過導遊機器人身上配備的多媒體觸控螢幕可方便的進行信息查詢。
7、 遙控功能-可以通過遙控的方式供用戶進行遠距離(小於50米)的導遊機器人控
制
圖1為本實用新型實施例1中央處理器為核心的控制系統示意圖； 圖2為本實用新型實施例1總體外部結構示意圖； 圖3為由聲納傳感器組成的聲納環示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。 實施例1:
基於圖像處理的導遊機器人(以下簡稱導遊機器人)性能指標 *外觀圓柱型結構，鋁合金材質，整體空間較大
*運動機構底盤直徑0.50m，輪距0.40m，輪徑15cm，高lm，自重50kg，
最大負重20kg
*最大線速度lm/s，最大角速度2.6rad/s，零回差
*電機類型直流無刷電機 *電池鋰離子
*輪子結構四輪結構，兩驅動輪，兩輔助轉向輪，呈菱形分布
*傳感器系統超聲波、紅外、接觸傳感器三組傳感器環依次呈上中下層，每層包
4括16個傳感器，覆蓋360度探測範圍，此外導遊機器人上部裝有PTZ雲臺攝像機。 * 導遊機器人核心控制器5.25"pc， Pentium M, 256MRAM， 1XPCI插槽(2 Masters); 1XMiniPC， 3xRS-232， 4xUSB2.0
*控制系統結構核心控制器與底層傳感、電機控制組成上位機-下位機結構，之間通過
CAN總線通訊。
*無線通訊系統由藍牙模塊實現數據和控制信息的傳輸
如圖1和圖2所示，導遊機器人底層採用菱形四輪結構，左右兩輪是驅動輪，前後輪
是輔助轉向輪。驅動輪採用直流無刷電機+行星輪減速器+驅動器+增量型編碼器，輔助輪 採用直流伺服電機+驅動器。由於導遊機器人的運行環境是室內的平坦路面，因此在設計 時，導遊機器人不用爬坡，所以電機的功率不至於太大。假定導遊機器人的最大行駛速度
為v=lm/s，利用公式求單個驅動電機功率Pt ^K，二ICMt^r ，(其中 Mt2Mf2+iMfl， Mf2表示地面對輪子的滾動摩阻力偶，Mt表示驅動輪的驅動力矩。)，
此式中K為安全係數，Mt表示摩擦力矩，v表示行駛線速度，r,表示驅動輪的半徑，7為 齒輪減速器的傳動效率。K=1.5， ；7=90%，所以P,185. 18w實現時，取電機的功率為190w，
額定電壓24v,電機的理想空載轉速為2400rpm，齒輪減速器減速比18: 1，編碼器採用 500線。
電池安裝於導遊機器人底部，電池模塊由兩組鋰離子電池組成，設計選擇24v， 30Ahr 的電池，它負責整個導遊機器人系統供電，包括各個電路模塊電源，車載工控機電源，電 機電源等，而導遊機器人的各電路模塊工作電源不同，有5v， 3.3v， 12v等等，因此需要 設計安裝電路轉換模塊，將24v電源轉換成5v， 3.3v， 12v。同時還設計有電池組過放、 過充保護和短路電流保護等功能。在此容量下，導遊機器人能獨立連續工作3小時左右， 可以正常完成導遊任務。對導遊機器人充電時需要加配充電器。
接觸傳感環由16組接觸傳感器及16個驅動電路和1個採集控制電路組成，採集控制 電路採用TI公司的TMS320LF2407A完成，內部集成Ci\N總線控制器，DSP與車載工控機之 間通過CAN總線驅動器連接，實現數據傳輸，將DSP採集到的距離直接傳給工控機。
車載工控機(即中央處理器)，設計選擇5.25寸嵌入式工控機，與普通電腦相比，嵌
入式系統功耗低、可靠性高；功能強大、性價比高；實用性強，支持多任務；佔用空間小，
效率高，能夠進行各種接口通訊，數據邏輯運算以及複雜的控制，和信息融合。為了提高
整個導遊機器人系統的可靠性和抗幹擾能力，將路徑規劃、控制策略及多傳感器信息融合等一系列複雜算法交由上位PC機完成，底層的信息獲取和電機驅動控制採用分布式DSP 控制。由於導遊機器人內部數據傳輸使用CAN總線，因此在工控機中安裝有CAN總線適配 器。在此導遊機器人結構中，由於圖像信息數據豐富，因此沒有選則使用DSP進行圖像採 集處理，而使用專用的圖像採集卡，所以工控機中還要安裝PCI接口的圖像採集卡。
超聲傳感環由16組超聲波換能器及16組驅動電路和1個距離採集電路組成，此處使 用的超聲波換能器為Polaroid6500，驅動電路使用Polaroid原裝的驅動板，距離採集控 制電路使用TI公司的TMS320LF2407A，其結構類似於接觸傳感環的結構。
紅外傳感環由16組紅外傳感器及16組驅動電路和1個信息採集電路組成，驅動電路 自行設計，距離採集控制電路使用TI公司的TMS320LF2407A，其結構類似於接觸傳感環的 結構。
PTZ雲臺攝像機，PTZ雲臺攝像機裝於導遊機器人頂部，採用Canon VC-C4 CCD攝像 機，該攝像機具有上下仰俯、水平旋轉和自動變焦等功能，工控機通過RS232實現對攝像 機的控制通訊。導遊機器人通過攝像機獲取的圖像信息，可以用於導遊機器人定位和在路 徑規劃中對路標信息的提取。
車載筆記本電腦，在導遊機器人系統的頂部安裝有筆記本電腦， 一方面是為了給用戶 實現友好的圖像化界面，當用戶要求了解景點，易於操作。再者配合喇叭和麥克風實現很 好人機互動功能，也便於工作人員對導遊機器人的操作。
由於單個聲納傳感器在環境識別中不易辨別物體的方位信息，為了克服這個缺點，將
傳感器布置成環狀，圖3為聲納環的示意圖，包含從u0-ul5， 16個聲納傳感器，選擇的 polaroid6500系列傳感器探測範圍20cm-5m，波束角為30度，而我們在360度的聲納環上 安裝有16個傳感器，間隔為22.5度，因此從圖中可以看出相鄰兩個傳感器有重疊區， 假若同時點火，這樣就會給探測帶來幹擾，影響傳感器對障礙物的正確檢測。所以為了避 免產生相鄰傳感器的幹擾，我們採用分組點火。將序號為奇數的傳感器編為一組(同組聲 納之間相隔45度，不會產生波束幹擾)，序號為偶數的傳感器編為一組，這樣在對障礙物 距離進行探測時，我們在一個時刻只點火一組聲納傳感器，組與組之間採取輪循方式，不 但提高了採樣頻率，也滿足了系統的實時性要求。
語音處理模塊由麥克風、喇叭(即語音播放器)、語音識別單元組成，獨立處理跟語 音相關的所有事務，負責處理收發裝置接收的語音信息，同時完成與車載核心控制器的通 訊。此模塊為車載核心控制器節省了大量的硬體資源，減輕了其處理任務，提高了系統響 應外界信號的實時性。
權利要求1. 一種基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，其底部設有驅動輪和轉向輪，其頂部設有雲臺及攝像裝置，還設有語音播放器和中央控制器；中央控制器控制所述驅動輪和轉向輪的動作，以及控制攝像裝置的開閉和雲臺的動作，攝像裝置獲取的圖像信息發送到中央處理器，中央處理器連接所述的語音播放器。
2. 如權利要求1所述的基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，在該導遊機器人的外 周設有聲納傳感器，該聲納傳感器和中央處理器連接。
3. 如權利要求1所述的基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，還包括用於與外部設 備通信的藍牙收發器，該藍牙接收器連接中央處理器。
4. 如權利要求1所述的基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，還包括麥克風和語音 識別單元，語音識別單元的輸入端連接麥克風，語音識別單元的輸出端連接中央處理 器。
5. 如權利要求1~4任一項所述的基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，還包括觸摸 屏，該觸控螢幕連接所述的中央處理器。
專利摘要本實用新型公開了一種基於圖像處理的導遊機器人，其特徵在於，其底部設有驅動輪和轉向輪，其頂部設有雲臺及攝像裝置，還設有語音播放器和中央控制器；中央控制器控制所述驅動輪和轉向輪的動作，以及控制攝像裝置的開閉和雲臺的動作，攝像裝置獲取的圖像信息發送到中央處理器，中央處理器連接所述的語音播放器。該機器人還設置有藍牙模塊、聲納傳感器、多媒體觸控螢幕以及語音識別單元，能全天候的24小時為參觀者提供自動化的優質導遊服務。
文檔編號G05B19/02GK201273999SQ200820054300
公開日2009年7月15日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者輝 張, 賀攀峰 申請人:湖南工程學院