论文部分内容阅读
机器人的快速发展,给工业生产带来变革,也逐步的改善人们的生活。扫地机器人逐渐进入家庭生活代替人们的清洁工作,因其不断降低的消费价格和不断提高的工作效率,越来越受到消费者的认可,具有广阔市场。近年来国外上市的扫地机器人具备定位规划的功能,清洁效率较好但价格昂贵。而国内扫地机器人价位较低,但性能不够理想。本文设计了一种具有视觉定位及视觉避障功能的扫地机器人硬件电路,提供了算法验证平台,并利用已有摄像头资源实现移动式远程监控系统。本文的主要工作为:(1)确定扫地机器人验证平台需要的主要功能包括:碰撞,跌落,离地等紧急状态感知、运动里程及航向等姿态信息获取、视觉定位及避障等视觉信息获取、运动执行、扫地吸尘接口、自动回充、系统电源分配及监控系统等。根据这些功能选择对应传感器并设计驱动软件实现。(2)选用ARM+STM32双核架构模式,分别处理数据量较大的图像信息和短促型的非图像信息。STM32选用STM32F103VET6芯片,用于实现非图像以外的众多传感器的驱动以及数据采集,并控制车轮电机的运动;ARM选用S5PV210处理器实现摄像头图片的采集、在监控系统中接入无线网络、对STM32串口传过来的传感器数据、图像定位和避障信息做综合处理,生成运动决策发送给STM32执行扫地机的前进、后退、转弯等。(3)使用Qt架构实现监控系统。设计了以扫地机器人为服务器,Windows及手机Android为客户端;通过交叉编译Qt源码包完成服务器上Qt架构环境部署。使用RTP/RTCP协议实现视频实时传输;设计嵌入式Linux服务器中的两路PWM驱动,实现搭载摄像头的云台舵机水平及俯仰角度控制。客户端采用混合高斯模型提取目标前景结合动态帧间差分的方法,检测监控区域是否变化,并仅对有效动态画面进行实时录像;使用TCP协议不断接收并显示扫地机的状态信息。结合选用的传感器、设计的硬件电路及软件驱动实现了扫地机器人环境感知。通过感知模块中的视觉信息,里程及航向角度,紧急状态等信息,为单目视觉定位及单目视觉避障算法提供了有效的验证平台。同时设计了无线网络监控系统,实现了对扫地机器人实时可控。视频帧率平均20帧/s,显示流畅,动态目标实时检测耗时43ms左右;监控视场水平、俯仰具有±90°。