AS-R移動機器人基于雙目視覺的動態(tài)避障
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張 寒，張冰蔚
（江蘇科技大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）
摘要：針對移動機器人的動態(tài)避障問題，以AS-R移動機器人為平臺，設(shè)計了一種基于雙目視覺的動態(tài)避障方法。從雙目視覺系統(tǒng)出發(fā)，介紹了AS-R機器人的視覺系統(tǒng)，研究了AS-R機器入的運動原理，探討了圖像信息處理的過程；最后設(shè)計了兩種簡單環(huán)境下機器人的動態(tài)避障，并驗證了所提方法的有效性。
關(guān)鍵詞：AS-R移動機器人；雙目視覺；動態(tài)避障中圖分類號：TP242.6
1 AS-R移動機器人
雙目視覺是機器視覺的一個重要分支，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在機器人視覺、航空測繪等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。
AS-R機器人名為能力風(fēng)暴智能移動機器人，是用于實驗室教學(xué)以及科研工作的機器人平臺，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。
1.1 AS-R移動機器人功能
AS-R移動機器人采用模塊化設(shè)計，按功能分為傳感、控制和動力三個模塊。小車上裝有WindowsXP操作系統(tǒng)，采用Visual C++對其開發(fā)。小車系統(tǒng)具有強大的開發(fā)功能，包括實時運動控制、圖像處理、語音采集、語音識別、多路圖像采集及處理等。
1.2 AS-R小車運動控制
AS-R機器人小車的運動主要通過底部安裝的輪式運動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，輪子通過直流伺服電機來控制。運動控制卡在運動控制模塊中起主要作用，運動控制卡的PWM信號作為電機驅(qū)動器的控制信號，通過處理和轉(zhuǎn)接輸入到電機驅(qū)動器。機器人的速度通過調(diào)節(jié)PWM信號的不同占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。
1.3 雙目視覺系統(tǒng)Bumblebee 2
攝像機擴展方式如圖2所示。
雙目視覺軟件處理過程如圖3所示。其中，SDK為軟件開發(fā)工具包。
雙目視覺系統(tǒng)不需要標(biāo)定，可以直接獲取目標(biāo)的距離信息。
2設(shè)計避障步驟
在未知環(huán)境運行中，AS-R移動機器人通過多個行為協(xié)調(diào)完成避障。避障步驟如下：①給定起點、終點位置并初始化系統(tǒng)；②利用雙目視覺系統(tǒng)采集前方障礙物距離信息；③根據(jù)得到的距離信息，觸發(fā)相應(yīng)行為，使其執(zhí)行相應(yīng)的操作；④機器人實時檢測是否到達(dá)目標(biāo)點位置，是則停止，否則跳回到步驟②，不斷重復(fù)這一過程，直至到達(dá)終點位置。
避障程序流程如圖4所示。圖4中，視差小于65 280這一數(shù)字是由Windows系統(tǒng)內(nèi)部為列表框控制所提供的不足64 kb(實際為64×1 024-256=65 280)的數(shù)據(jù)存儲內(nèi)存決定的。
3 實驗結(jié)果
實驗環(huán)境：單個靜態(tài)障礙物（墻面）環(huán)境和動靜態(tài)障礙物環(huán)境。
機器人從設(shè)置好的起始點位置(0，0)運動至終點位置(1，3)。
3.1 單個靜態(tài)障礙物（墻面）實驗
實驗場景中有個墻面（貼有磁磚），實驗結(jié)果如圖5所示。機械人的行走方向為向左前方行進(jìn)，遇到墻面，右轉(zhuǎn)彎后直行。圖5(a)為移動機器人初始行駛狀態(tài)，圖5(b)～圖5(d)為移動機器人為躲避墻面做出的轉(zhuǎn)彎運動，圖5(e)為移動機器人繞過墻面后的最終行駛狀態(tài)，圖5(f)為到達(dá)終點。
圖6(a)為機器人的實際運行軌跡，實時保存機器人坐標(biāo)點信息，將其繪成運行軌跡圖，如圖6(b)所示。
3.2動靜態(tài)障礙物實驗
場景中靜態(tài)和動態(tài)障礙物并存，由移動的人和各種實驗儀器組成，實驗結(jié)果如圖7所示。機械人位于圖7(a)時前進(jìn)，處于圖7(b)～圖7(c)時遇到前方靜態(tài)障礙物則向右轉(zhuǎn);圖7(d)～圖7(g)代表移動機器人遇到動態(tài)障礙物，隨后向右轉(zhuǎn)成功避開人，圖7(h)代表運行至目標(biāo)位置。
由上述實驗結(jié)果可知，采用雙目視覺系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)機器人在簡單環(huán)境下的靜動態(tài)避障。
4結(jié)束語
在調(diào)試小車的運動中發(fā)現(xiàn)，對于光面物質(zhì)在有光線照射的反光情況下，小車有可能不會躲避障礙物，造成小車的錯誤行駛，而且對于顏色較淺的物體也可能出現(xiàn)這種情況，為此還需進(jìn)行進(jìn)一步地研究和改進(jìn)。
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