实现智能化越障的服务机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种实现智能化越障的服务机器人，包括可伸缩机构、红外线传感器、摄像机、图像处理器和ARM9型号的主控制器，可伸缩机构在竖直方向可伸缩，红外线传感器用于检测前方障碍物距离服务机器人的红外线前向距离，摄像机位于可伸缩机构上，用于拍摄前方的障碍物图像，图像处理器用于对障碍物图像进行图像处理，主控制器与可伸缩机构、红外线传感器、摄像机和图像处理器分别连接，基于红外线前向距离决定是否启动摄像机与图像处理器，并基于图像处理结果控制可伸缩机构的伸缩动作。通过本发明专利技术，能够提高机器人测距的准确性，还能根据前方障碍物三个方向的尺寸大小确定不同避让方式，提高了服务机器人的运行可靠性。

【技术实现步骤摘要】
实现智能化越障的服务机器人本专利技术是申请号为2014107073997、申请日为2014年11月27日、专利技术名称为“实现智能化越障的服务机器人”的专利的分案申请。
本专利技术涉及机器人控制领域，尤其涉及一种实现智能化越障的服务机器人。
技术介绍
服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。数据显示，目前，世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务型机器人开发。在日本、北美和欧洲，迄今已有7种类型计40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。近年来，全球服务机器人市场保持较快的增长速度，全球人口的老龄化带来大量的问题，例如对于老龄人的看护，以及医疗的问题，这些问题的解决带来大量的财政负担。由于服务机器人所具有的特点使之能够显著的降低财政负担，因而服务机器人能够被大量的应用。但是，现有技术中的服务机器人存在以下缺陷：(1)测距模式单一，仅仅凭着红外线测距或超声波测距中的一种测距方式进行前方障碍物的测距，往往会因为测距设备的精度问题，导致测距不够准确；(2)越障不够智能化，服务机器人在前进过程中经常会碰到障碍物，现有技术中一般采取停止等待指令或仅仅根据障碍物高度进行越障，前者导致服务机器人工作效率低下，后者在障碍物纵向过长的情况下难于成功越障。因此，需要一种新的实现智能化越障的服务机器人，能够提高前方障碍物测距的准确性，同时能够准确测量到前方障碍物的横向、竖向和纵向三个方向的尺寸，从而根据前方障碍物的实际情况，确定不同的自动越障方式，保障服务机器人的正常服务操作。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种实现智能化越障的服务机器人，改造现有的服务机器人结构，引入超声波测障和红外线测障结合的方式，以提高前方障碍物测量精度，另外，引入图像识别技术确定前方障碍物的横向、竖向和纵向三个方向的尺寸，以决定采用跨越障碍物、绕行障碍物或等待指令三种越障模式的一种，使得服务机器人的正常工作受到的干扰最小，提高服务机器人的工作效率和服务效果。根据本专利技术的一方面，提供了一种实现智能化越障的服务机器人，所述服务机器人包括，可伸缩机构、红外线传感器、摄像机、图像处理器和ARM9型号的主控制器，所述可伸缩机构在竖直方向可伸缩，所述红外线传感器用于检测前方障碍物距离所述服务机器人的红外线前向距离，所述摄像机位于所述可伸缩机构上，用于拍摄前方的障碍物图像，所述图像处理器与所述摄像机连接，用于对所述障碍物图像进行图像处理，所述主控制器与所述可伸缩机构、所述红外线传感器、所述摄像机和所述图像处理器分别连接，基于所述红外线前向距离决定是否启动所述摄像机与所述图像处理器，并基于图像处理结果控制所述可伸缩机构的伸缩动作。更具体地，在所述实现智能化越障的服务机器人中，所述服务机器人还包括，驱动机构，用于驱动所述服务机器人，包括直流无刷电动机、减速器、电机驱动器、两个电机驱动车轮和两个万向轮，所述两个万向轮为两个前轮，所述两个电机驱动车轮为两个后轮；用户输入设备，根据用户的操作，接收用户输入的预定前向距离阈值、预定高度阈值、竖向尺寸阈值、纵向尺寸阈值、横向尺寸阈值、障碍物上限灰度阈值和障碍物下限灰度阈值，所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值用于将图像中的障碍物目标与图像背景分离；存储器，与所述用户输入设备连接，以接收并存储所述预定前向距离阈值、所述预定高度阈值、所述竖向尺寸阈值、所述纵向尺寸阈值、所述横向尺寸阈值、所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值；超声波传感器，位于所述服务机器人的正前方，包括超声波发射器、超声波接收器和超声波运算器，所述超声波发射器用于发射超声波，所述超声波接收器用于接收经过前方障碍物反射回来的超声波，所述超声波运算器与所述超声波发射器和所述超声波接收器分别连接，用于基于超声波发射接收时间差和超声波传播速率，计算前方障碍物距离所述服务机器人的超声波障碍物距离；所述可伸缩机构接收所述主控制器发送的伸缩量以进行竖直方向的伸缩动作，并在检测到完成所述伸缩量后发出伸缩结束信号；所述红外线传感器位于所述服务机器人的正前方，还包括红外线发射二极管、红外线接收二极管和红外线运算器，所述红外线发射二极管发射红外线信号，当在前向方向遇到前方障碍物时，将红外线信号反射回来被所述红外线接收二极管接收，所述红外线运算器与所述红外线发射二极管和红外线接收二极管分别连接，基于红外线信号发射接收的时间差和红外线信号的传播速度，计算距离前方障碍物的红外线前向距离；所述图像处理器包括小波滤波单元、灰度化处理单元、障碍物识别单元和尺寸计算单元，所述小波滤波单元与所述摄像机连接以接收所述障碍物图像，基于小波滤波算法对所述障碍物图像执行滤波处理以输出滤波图像，所述灰度化处理单元连接所述小波滤波单元以对所述滤波图像进行灰度化处理，输出灰度化图像，所述障碍物识别单元与所述灰度化处理单元和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值之间的像素识别并组成障碍物目标子图像，所述尺寸计算单元与所述障碍物识别单元连接，以基于所述障碍物目标子图像计算所述障碍物目标子图像中前方障碍物的横向尺寸、竖向尺寸和纵向尺寸；所述主控制器与所述可伸缩机构、所述驱动机构、所述存储器、所述超声波传感器、所述红外线传感器、所述摄像机和所述图像处理器分别连接，当接收到的超声波障碍物距离和红外线前向距离不相匹配时，发出测距错误信号，控制所述驱动机构停止驱动所述服务机器人，当接收到的超声波障碍物距离和红外线前向距离相匹配且红外线前向距离小于等于所述预定前向距离阈值时，启动所述摄像机和所述图像处理器，在所述竖向尺寸小于所述预定高度阈值时，直接进入智能化越障模式，在所述竖向尺寸大于等于所述预定高度阈值时，关闭所述摄像机和所述图像处理器，基于所述竖向尺寸控制所述可伸缩机构的竖直方向的伸缩量，直到接收到所述可伸缩机构发出的伸缩结束信号后，启动所述摄像机和所述图像处理器，进入智能化越障模式；无线通信设备，与所述主控制器连接，用于将测距错误信号或障碍物报警信号通过移动通信网络发送到用户的移动终端上；其中，在所述主控制器的智能化越障模式中，所述主控制器在接收到的竖向尺寸小于等于所述竖向尺寸阈值且纵向尺寸小于等于所述纵向尺寸阈值时，进入机器跨越模式，在接收到的竖向尺寸小于等于所述竖向尺寸阈值且纵向尺寸大于所述纵向尺寸阈值且横向尺寸小于等于所述横向尺寸阈值时，或在接收到的竖向尺寸大于所述竖向尺寸阈值时且接收到的横向尺寸小于等于所述横向尺寸阈值时，进入机器绕过模式，在接收到的竖向尺寸大于所述竖向尺寸阈值时且接收到的横向尺寸大于所述横向尺寸阈值时，发送障碍物报警信号。更具体地，在所述实现智能化越障的服务机器人中，所述无线通信设备还用于接收用户的移动终端无线发送的控制指令，以通过所述主控制器控制所述驱动机构对所述服务机器人的驱动。更具体地，在所述实现智能化越障的服务机器人中，所述无线通信设备通过移动通信网络与所述用户的移动终端建立双向无线通信链路。更具体地，在所述实现智能化越障的服务机器人中，所述移动通信网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现智能化越障的服务机器人，其特征在于，所述服务机器人可以包括：可伸缩机构、红外线传感器、摄像机、图像处理器和ARM 9型号的主控制器，所述可伸缩机构在竖直方向可伸缩，所述红外线传感器用于检测前方障碍物距离所述服务机器人的红外线前向距离，所述摄像机位于所述可伸缩机构上，用于拍摄前方的障碍物图像，所述图像处理器与所述摄像机连接，用于对所述障碍物图像进行图像处理，所述主控制器与所述可伸缩机构、所述红外线传感器、所述摄像机和所述图像处理器分别连接，基于所述红外线前向距离决定是否启动所述摄像机与所述图像处理器，并基于图像处理结果控制所述可伸缩机构的伸缩动作，所述服务机器人还包括：驱动机构，用于驱动所述服务机器人，包括直流无刷电动机、减速器、电机驱动器、两个电机驱动车轮和两个万向轮，所述两个万向轮为两个前轮，所述两个电机驱动车轮为两个后轮；用户输入设备，根据用户的操作，接收用户输入的预定前向距离阈值、预定高度阈值、竖向尺寸阈值、纵向尺寸阈值、横向尺寸阈值、障碍物上限灰度阈值和障碍物下限灰度阈值，所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值用于将图像中的障碍物目标与图像背景分离；存储器，与所述用户输入设备连接，以接收并存储所述预定前向距离阈值、所述预定高度阈值、所述竖向尺寸阈值、所述纵向尺寸阈值、所述横向尺寸阈值、所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值；超声波传感器，位于所述服务机器人的正前方，包括超声波发射器、超声波接收器和超声波运算器，所述超声波发射器用于发射超声波，所述超声波接收器用于接收经过前方障碍物反射回来的超声波，所述超声波运算器与所述超声波发射器和所述超声波接收器分别连接，用于基于超声波发射接收时间差和超声波传播速率，计算前方障碍物距离所述服务机器人的超声波障碍物距离；所述可伸缩机构接收所述主控制器发送的伸缩量以进行竖直方向的伸缩动作，并在检测到完成所述伸缩量后发出伸缩结束信号；所述红外线传感器位于所述服务机器人的正前方，还包括红外线发射二极管、红外线接收二极管和红外线运算器，所述红外线发射二极管发射红外线信号，当在前向方向遇到前方障碍物时，将红外线信号反射回来被所述红外线接收二极管接收，所述红外线运算器与所述红外线发射二极管和红外线接收二极管分别连接，基于红外线信号发射接收的时间差和红外线信号的传播速度，计算距离前方障碍物的红外线前向距离；所述图像处理器包括小波滤波单元、灰度化处理单元、障碍物识别单元和尺寸计算单元，所述小波滤波单元与所述摄像机连接以接收所述障碍物图像，基于小波滤波算法对所述障碍物图像执行滤波处理以输出滤波图像，所述灰度化处理单元连接所述小波滤波单元以对所述滤波图像进行灰度化处理，输出灰度化图像，所述障碍物识别单元与所述灰度化处理单元和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值之间的像素识别并组成障碍物目标子图像，所述尺寸计算单元与所述障碍物识别单元连接，以基于所述障碍物目标子图像计算所述障碍物目标子图像中前方障碍物的横向尺寸、竖向尺寸和纵向尺寸；所述主控制器与所述可伸缩机构、所述驱动机构、所述存储器、所述超声波传感器、所述红外线传感器、所述摄像机和所述图像处理器分别连接，当接收到的超声波障碍物距离和红外线前向距离不相匹配时，发出测距错误信号，控制所述驱动机构停止驱动所述服务机器人，当接收到的超声波障碍物距离和红外线前向距离相匹配且红外线前向距离小于等于所述预定前向距离阈值时，启动所述摄像机和所述图像处理器，在所述竖向尺寸小于所述预定高度阈值时，直接进入智能化越障模式，在所述竖向尺寸大于等于所述预定高度阈值时，关闭所述摄像机和所述图像处理器，基于所述竖向尺寸控制所述可伸缩机构的竖直方向的伸缩量，直到接收到所述可伸缩机构发出的伸缩结束信号后，启动所述摄像机和所述图像处理器，进入智能化越障模式；无线通信设备，与所述主控制器连接，用于将测距错误信号或障碍物报警信号通过移动通信网络发送到用户的移动终端上；其中，在所述主控制器的智能化越障模式中，所述主控制器在接收到的竖向尺寸小于等于所述竖向尺寸阈值且纵向尺寸小于等于所述纵向尺寸阈值时，进入机器跨越模式，在接收到的竖向尺寸小于等于所述竖向尺寸阈值且纵向尺寸大于所述纵向尺寸阈值且横向尺寸小于等于所述横向尺寸阈值时，或在接收到的竖向尺寸大于所述竖向尺寸阈值时且接收到的横向尺寸小于等于所述横向尺寸阈值时，进入机器绕过模式，在接收到的竖向尺寸大于所述竖向尺寸阈值时且接收到的横向尺寸大于所述横向尺寸阈值时，发送障碍物报警信号，所述无线通信设备还用于接收用户的移动终端无线发送的控制指令，以通过所述主控制器控制所述驱动机构对所述服务机器人的驱动，所述移动通信网络为GPRS移动通信网络、3G移动通信网络和4G移动通信网络...

【技术特征摘要】
1.一种实现智能化越障的服务机器人，其特征在于，所述服务机器人包括：可伸缩机构、红外线传感器、摄像机、图像处理器和ARM9型号的主控制器，所述可伸缩机构在竖直方向可伸缩，所述红外线传感器用于检测前方障碍物距离所述服务机器人的红外线前向距离，所述摄像机位于所述可伸缩机构上，用于拍摄前方的障碍物图像，所述图像处理器与所述摄像机连接，用于对所述障碍物图像进行图像处理，所述主控制器分别与所述可伸缩机构、所述红外线传感器、所述摄像机和所述图像处理器连接，基于所述红外线前向距离决定是否启动所述摄像机与所述图像处理器，并基于图像处理结果控制所述可伸缩机构的伸缩动作，所述服务机器人还包括：驱动机构，用于驱动所述服务机器人，包括直流无刷电动机、减速器、电机驱动器、两个电机驱动车轮和两个万向轮，所述两个万向轮为两个前轮，所述两个电机驱动车轮为两个后轮；用户输入设备，根据用户的操作，接收用户输入的预定前向距离阈值、预定高度阈值、竖向尺寸阈值、纵向尺寸阈值、横向尺寸阈值、障碍物上限灰度阈值和障碍物下限灰度阈值，所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值用于将图像中的障碍物目标与图像背景分离；存储器，与所述用户输入设备连接，以接收并存储所述预定前向距离阈值、所述预定高度阈值、所述竖向尺寸阈值、所述纵向尺寸阈值、所述横向尺寸阈值、所述障碍物上限灰度阈值和所述障碍物下限灰度阈值；超声波传感器，位于所述服务机器人的正前方，包括超声波发射器、超声波接收器和超声波运算器，所述超声波发射器用于发射超声波，所述超声波接收器用于接收经过前方障碍物反射回来的超声波，所述超声波运算器分别与所述超声波发射器和所述超声波接收器连接，用于基于超声波发射接收时间差和超声波传播速率，计算前方障碍物距离所述服务机器人的超声波障碍物距离；所述可伸缩机构接收所述主控制器发送的伸缩量以进行竖直方向的伸缩动作，并在检测到完成所述伸缩量后发出伸缩结束信号；所述红外线传感器位于所述服务机器人的正前方，还包括红外线发射二极管、红外线接收二极管和红外线运算器，所述红外线发射二极管发射红外线信号，当在前向方向遇到前方障碍物时，将红外线信号反射回来被所述红外线接收二极管接收，所述红外线运算器分别与所述红外线发射二极管和红外线接收二极管连接，基于红外线信号发射接收的时间差和红外线信号的传播速度，计算距离前方障碍物的红外线前向距离；所述图像处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：祝爱莲，
类型：发明
国别省市：江苏;32