專利名稱：一種基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
助行機(jī)器人主要針對(duì)老年人或行動(dòng)不便的殘疾人如盲人等的安全、自主行動(dòng)，對(duì)提高老年人和殘疾人的生活質(zhì)量，減輕家庭社會(huì)負(fù)擔(dān)具有極其重要的意義。實(shí)現(xiàn)助行機(jī)器人對(duì)三維復(fù)雜環(huán)境的識(shí)別則是助行機(jī)器人關(guān)鍵技 術(shù)之一，其有效性、可靠性直接決定了助行機(jī)器人技術(shù)能否實(shí)際應(yīng)用的成敗。傳統(tǒng)的助行機(jī)器人技術(shù)一般是利用諸如GPS進(jìn)行地圖導(dǎo)航，或利用圖像處理設(shè)備、超聲波等傳感器對(duì)盲道進(jìn)行檢測(cè)，這種技術(shù)重視的是對(duì)助行機(jī)器人的行走路徑的識(shí)別、導(dǎo)航，而忽略了對(duì)助行機(jī)器人所處環(huán)境的識(shí)別。助行機(jī)器人的使用者不僅僅是希望借助助行機(jī)器人從一個(gè)地方到達(dá)另一個(gè)地方，還希望助行機(jī)器人幫助他們對(duì)其所處的環(huán)境進(jìn)行識(shí)別、對(duì)其感興趣的人或物進(jìn)行跟蹤。而對(duì)于弱視者來(lái)說(shuō)，他們從一個(gè)地方到另一個(gè)地方，GPS建立的導(dǎo)航數(shù)據(jù)僅可以為他們提供一個(gè)粗的路徑信息，至于路況、障礙物等信息還需要通過(guò)圖像或超聲波傳感器來(lái)完成。但是，當(dāng)他們到達(dá)目的地時(shí)或在其活動(dòng)場(chǎng)所進(jìn)行活動(dòng)時(shí)，助行機(jī)器人不僅需要產(chǎn)生活動(dòng)路徑，還要對(duì)其所處的環(huán)境進(jìn)行識(shí)別和跟蹤，例如弱視者或老年人也希望像正常人一樣和家人一起在獨(dú)立的散步或逛商場(chǎng)而不是由家人推著他們散步或逛商場(chǎng)，要實(shí)現(xiàn)這一功能，就需要實(shí)現(xiàn)對(duì)助行機(jī)器人三維環(huán)境的識(shí)別和目標(biāo)的跟蹤，但是由于GPS不能提供三維信息，再加上其精度的影響，僅靠GPS不能滿足此要求，通過(guò)圖像傳感器盡管能提供周圍環(huán)境的信息，但是提供的二維信息，也不能滿足三維環(huán)境識(shí)別和目標(biāo)跟蹤的要求，所以傳統(tǒng)的技術(shù)通過(guò)采用GPS定位和地圖創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能，通過(guò)采用圖像處理技術(shù)和超聲波技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)在小環(huán)境下的路徑規(guī)劃和避障功能。這些技術(shù)沒(méi)有涉及到為使用者提供目標(biāo)選擇、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤，不能為使用者提供好的、人性化的用戶體驗(yàn)，這種不足有待必改進(jìn)和提高。現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了 “一種智能導(dǎo)盲車”(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00610088153. I),該車通過(guò)超聲波測(cè)障探頭，實(shí)現(xiàn)盲道的探測(cè)，然而該系統(tǒng)僅能用于有盲道的地方，實(shí)現(xiàn)盲道的探測(cè)和導(dǎo)引，而沒(méi)有GPS全局地圖導(dǎo)航，更沒(méi)有基于三維環(huán)境的識(shí)別和目標(biāo)跟蹤?，F(xiàn)有技術(shù)中還公開(kāi)了 “盲人就醫(yī)導(dǎo)盲系統(tǒng)”(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00610117532. 9)，該系統(tǒng)采用紅外發(fā)射和接收裝置實(shí)現(xiàn)盲人就醫(yī)導(dǎo)盲，采用該系統(tǒng)盲人可有效找到就醫(yī)科室，但是該系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)避障，也沒(méi)路徑規(guī)劃和三維環(huán)境的識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為老年人或弱視者提供一種基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)及方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括ARM信息處理模塊、工控機(jī)模塊、下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；其中，ARM信息處理模塊采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以建立三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將該信息發(fā)送至工控機(jī)模塊；工控機(jī)模塊接收用戶的指令，利用其自身的GPS生成導(dǎo)航地圖，將接收的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息與導(dǎo)航地圖相結(jié)合生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并發(fā)送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；下位機(jī)控制模塊根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息驅(qū)動(dòng)控制助行機(jī)器人產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息至工控機(jī)模塊。進(jìn)一步，所述的ARM信息處理模塊還包括ARM處理器系統(tǒng)、全維攝像頭、局部攝像頭、激光傳感器和傾角傳感器；全維攝像頭實(shí)時(shí)采集全局圖像信息送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局圖像對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行粗定位；局部攝像頭將其采集的局部圖像實(shí)時(shí)送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)局部圖像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精定位，激光傳感器和傾角傳感器均將其采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng) 將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)，ARM處理器系統(tǒng)通過(guò)多傳感器信息融合，進(jìn)行三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊。進(jìn)一步，所述的工控機(jī)模塊還包括工控機(jī)、脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、GPS、觸摸屏、受話器和GPRS，工控機(jī)實(shí)時(shí)讀取脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器，生成健康信息，工控機(jī)根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖，讀取ARM信息處理模塊送過(guò)來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，根據(jù)其接收到的命令，利用導(dǎo)航地圖和三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將生成的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；工控機(jī)模塊產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步，所述的下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊還包括運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)控制卡接受工控機(jī)送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡將其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別對(duì)各伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)可使助行機(jī)器人行走，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，可使助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中姿態(tài)保持平穩(wěn)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，用于如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)中，該方法包括如下步驟SI. ARM信息處理模塊采集數(shù)據(jù)，對(duì)該采集數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理以建立三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將所述信息送至工控機(jī)模塊；S2.工控機(jī)模塊讀取ARM信息處理器模塊傳送的信息，利用其自身的GPS生成導(dǎo)航地圖，根據(jù)接收到的命令產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將該運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制|吳塊；S3.下位機(jī)控制模塊根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息驅(qū)動(dòng)控制各部分機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息至工控機(jī)模塊。進(jìn)一步，所述步驟SI中，所述ARM信息處理模塊還包括ARM處理器系統(tǒng)、全維攝像頭、局部攝像頭、激光傳感器和傾角傳感器；其中，全維攝像頭實(shí)時(shí)采集全局圖像信息送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局圖像對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行粗定位；局部攝像頭將其采集的局部圖像實(shí)時(shí)送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)局部圖像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精定位，激光傳感器和傾角傳感器均將其采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)，ARM處理器系統(tǒng)通過(guò)多傳感器信息融合，進(jìn)行三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊。進(jìn)一步，所述步驟S2中，所述的工控機(jī)模塊還包括工控機(jī)、脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、GPS、觸摸屏、受話器和GPRS，其中，工控機(jī)實(shí)時(shí)讀取脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器，生成健康信息，工控機(jī)根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖，讀取ARM信息處理模塊送過(guò)來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，根據(jù)其接收到的命令，利用導(dǎo)航地圖和三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將生成的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；工控機(jī)產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步，所述步驟S3中，所述的下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊還包括運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器、伺服電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，其中，上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)控制卡接受工控機(jī)送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡將其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別對(duì)各伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)可使助行機(jī)器人行走，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，可使助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中姿態(tài)保持平穩(wěn)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，包括如下步驟SI. ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局?jǐn)z像頭、局部攝像頭采集的圖像進(jìn)行粗定位和精定位；ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)；ARM處理器將三維數(shù)據(jù)、粗定位信息和精定位信息進(jìn)行融合，生成助行機(jī)器人的三維環(huán)境識(shí)別及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊；S2.工控機(jī)模塊根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖；結(jié)合ARM處理器送來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，傳送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制|吳塊；S3.下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊接收工控機(jī)模塊送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)；并將運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)使助行機(jī)器人分別產(chǎn)生升降、行走、姿態(tài)保持；并將各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)信息反饋至工控機(jī)模塊。進(jìn)一步，該方法還包括如下步驟S4.工控機(jī)模塊產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明將多個(gè)傳感器融合，為助行機(jī)器人建立真實(shí)的三維環(huán)境，可生成較優(yōu)的運(yùn)動(dòng)路徑從而實(shí)現(xiàn)助行機(jī)器人的安全、平穩(wěn)、可靠的行走，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效跟蹤，從而提高了助行機(jī)器人的智能化程序。


下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I為本發(fā)明基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I為本發(fā)明基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖I所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括工控機(jī)模塊、ARM信息處理模塊和下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊。ARM信息處理模塊通過(guò)socket通訊與工控機(jī)模塊相連；工控機(jī)模塊通過(guò)串口與下位機(jī)模塊相連；工控機(jī)模塊還通過(guò)GPRS與Web服務(wù)器相連，實(shí)現(xiàn)與Web數(shù)據(jù)的交換，其他用戶可以通過(guò)Internet查詢助行機(jī)器人使用者的信息。ARM處理器模塊包括全維攝像頭、局部攝像頭、激光傳感器和傾角傳感器、以及ARM處理器系統(tǒng)。全維攝像頭將采集的圖像送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)對(duì)全局圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，然后進(jìn)行區(qū)域合并，再進(jìn)行區(qū)域的特征提取，根據(jù)區(qū)域特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境目標(biāo)的粗定位；局部攝像頭將局部圖像傳送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)對(duì)局部圖像先進(jìn)行邊緣檢測(cè)、然后再進(jìn)行區(qū)域合并，再對(duì)合并后的區(qū)域進(jìn)行模板匹配，根據(jù)匹配的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體目標(biāo)的精定位；激光傳感器和傾角傳感器將數(shù)據(jù)傳送至ARM處理器系統(tǒng)，由ARM處理器系統(tǒng)通過(guò)三維數(shù)據(jù)合成算法得到三維數(shù)據(jù)；ARM處理器系統(tǒng)利用三維重建及目標(biāo)跟蹤算法對(duì)粗定位信息、精定位信息和三維數(shù)據(jù)進(jìn)行多傳感器融合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)助行機(jī)器人周圍環(huán)境的三維重建及目標(biāo)的跟蹤；并將這些信息傳送至工控機(jī)處理系統(tǒng)。ARM (Advanced RISC Machines)處理器是微處理器的通稱，是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工控機(jī)模塊包括工控機(jī)、脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、GPS、觸摸屏、受話器和GPRS。用戶的命令可能過(guò)受話器輸入也可通過(guò)觸摸屏輸入，通過(guò)受話器輸入時(shí)，工控機(jī)通過(guò)其內(nèi)部的命令語(yǔ)音識(shí)別模塊來(lái)識(shí)別命令；工控機(jī)根據(jù)GPS傳來(lái)的數(shù)據(jù)及用戶命令生成導(dǎo)航路徑，同時(shí)，結(jié)合ARM信息處理模塊得到的三維環(huán)境識(shí)別信息，生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃；工控機(jī)將生成的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息傳送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；同時(shí)，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示助行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和使用者的健康狀況信息，并進(jìn)行語(yǔ)音提示；工控機(jī)還將助行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和使用者的健康狀況信息通過(guò)GPRS模塊經(jīng)Internet送至服務(wù)器計(jì)算機(jī)，其他用戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)助行機(jī)器人的信息進(jìn)行查詢和處理。下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊包括運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)控制卡接受工控機(jī)規(guī)劃的路徑數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，并對(duì)各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制卡給定的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制卡還將各機(jī)構(gòu)的位置傳送至工控機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息的獲取。圖2為本發(fā)明基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法流程圖，如圖2所示，本發(fā)明包括如下步驟SI. ARM信息處理模塊采集數(shù)據(jù)，對(duì)該采集數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理以建立三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將所述信息送至工控機(jī)模塊；
所述步驟SI中，所述ARM信息處理模塊還包括ARM處理器系統(tǒng)、全維攝像頭、局部攝像頭、激光傳感器和傾角傳感器；其中，全維攝像頭實(shí)時(shí)采集全局圖像信息送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局圖像對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行粗定位；局部攝像頭將其采集的局部圖像實(shí)時(shí)送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)局部圖像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精定位，激光傳感器和傾角傳感器均將其采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)，ARM處理器系統(tǒng)通過(guò)多傳感器信息融合，進(jìn)行三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊。S2.工控機(jī)模塊讀取ARM信息處理器模塊傳送的信息，利用其自身的GPS生成導(dǎo)航地圖，根據(jù)接收到的命令產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將該運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制|吳塊；所述步驟S2中，所述的工控機(jī)模塊還包括工控機(jī)、脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、GPS、觸摸屏、受話器和GPRS，其中，工控機(jī)實(shí)時(shí)讀取脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器，生成健康信息，工控機(jī)根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地 圖，讀取ARM信息處理模塊送過(guò)來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，根據(jù)其接收到的命令，利用導(dǎo)航地圖和三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將生成的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；工控機(jī)產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。S3.下位機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)控制各部分機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，并將其運(yùn)動(dòng)信息反饋至工控機(jī)模塊；所述步驟S3中，所述的下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊還包括運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，其中，上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)控制卡接受工控機(jī)送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡將其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別對(duì)各伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)可使助行機(jī)器人行走，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，可使助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中姿態(tài)保持平穩(wěn)。另外，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
還可以包括如下步驟SI. ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局?jǐn)z像頭、局部攝像頭采集的圖像進(jìn)行粗定位和精定位；ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)；ARM處理器將三維數(shù)據(jù)、粗定位信息和精定位信息進(jìn)行融合，生成助行機(jī)器人的三維環(huán)境識(shí)別及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊；S2.工控機(jī)模塊根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖；結(jié)合ARM處理器送來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，傳送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制|吳塊；S3.下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊接收工控機(jī)模塊送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)；并將運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)各伺服使助行機(jī)器人分別產(chǎn)生升降、行走、姿態(tài)保持；并將各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)信息反饋至工控機(jī)豐吳塊；S4.工控機(jī)模塊產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明將多個(gè)傳感器融合，為助行機(jī)器人建立真實(shí)的三維環(huán)境，可生成較優(yōu)的運(yùn)動(dòng)路徑從而實(shí)現(xiàn)助行機(jī)器人的安全、平穩(wěn)、可靠的行走，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效跟蹤，從而提高了助行機(jī)器人的智能化程序。上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍的內(nèi)。·
權(quán)利要求
1.一種基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括ARM信息處理模塊、工控機(jī)模塊、下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；其中，ARM信息處理模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，建立三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將該信息發(fā)送至工控機(jī)模塊；工控機(jī)模塊接收用戶的指令，利用其自身的GPS生成導(dǎo)航地圖，將接收的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息與導(dǎo)航地圖相結(jié)合生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，發(fā)送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；下位機(jī)控制模塊根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息驅(qū)動(dòng)控制助行機(jī)器人產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息至工控機(jī)模塊。
2.如權(quán)利要求I所述的基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述的ARM信息處理模塊還包括ARM處理器系統(tǒng)、全維攝像頭、局部攝像頭、激光傳感器和傾角傳感器；全維攝像頭實(shí)時(shí)采集全局圖像信息送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局圖像對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行粗定位；局部攝像頭將其采集的局部圖像實(shí)時(shí)送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)局部圖像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精定位，激光傳感器和傾角傳感器均將其采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)，ARM處理器系統(tǒng)通過(guò)多傳感器信息融合，進(jìn)行三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊。
3.如權(quán)利要求I所述的基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述的工控機(jī)模塊還包括工控機(jī)、脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、GPS、觸摸屏、受話器和GPRS，工控機(jī)實(shí)時(shí)讀取脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器，生成健康信息，工控機(jī)根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖，讀取ARM信息處理模塊送過(guò)來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，根據(jù)其接收到的命令，利用導(dǎo)航地圖和三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將生成的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；工控機(jī)模塊產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。
4.如權(quán)利要求I所述的基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述的下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊還包括運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)控制卡接受工控機(jī)送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡將其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別對(duì)各伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)可使助行機(jī)器人行走，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，可使助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中姿態(tài)保持平穩(wěn)。
5.一種基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，用于如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)中，其特征在于，該方法包括如下步驟 . 51.ARM信息處理模塊采集數(shù)據(jù)，對(duì)該采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以建立三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將該信息送至工控機(jī)模塊；.52.工控機(jī)模塊讀取ARM信息處理器模塊傳送的信息，利用其自身的GPS生成導(dǎo)航地圖，根據(jù)接收到的命令產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將該運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制|吳塊；. .53.下位機(jī)控制模塊根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息驅(qū)動(dòng)控制助行機(jī)器人產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息至工控機(jī)模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述ARM信息處理模塊還包括ARM處理器系統(tǒng)、全維攝像頭、局部攝像頭、激光傳感器和傾角傳感器；其中，全維攝像頭實(shí)時(shí)采集全局圖像信息送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局圖像對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行粗定位；局部攝像頭將其采集的局部圖像實(shí)時(shí)送至ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)局部圖像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精定位，激光傳感器和傾角傳感器均將其采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給ARM處理器系統(tǒng)，ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)，ARM處理器系統(tǒng)通過(guò)多傳感器信息融合，進(jìn)行三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊。
7.如權(quán)利要求5所述的基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述的工控機(jī)模塊還包括工控機(jī)、脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器、GPS、觸摸屏、受話器和GPRS，其中，工控機(jī)實(shí)時(shí)讀取脈搏傳感器、血壓傳感器、體溫傳感器，生成健康信息，工控機(jī)根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖，讀取ARM信息處理模塊送過(guò)來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，根據(jù)其接收到的命令，利用導(dǎo)航地圖和三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，并將生成的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；工控機(jī)產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。
8.如權(quán)利要求5所述的基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述的下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊還包括運(yùn)動(dòng)控制卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，其中，上位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊中的運(yùn)動(dòng)控制卡接受工控機(jī)送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡將其產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別對(duì)各伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)可使助行機(jī)器人行走，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)姿態(tài)保持機(jī)構(gòu)，可使助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中姿態(tài)保持平穩(wěn)。
9.一種基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟 .51.ARM處理器系統(tǒng)根據(jù)全局?jǐn)z像頭、局部攝像頭采集的圖像進(jìn)行粗定位和精定位；ARM處理器系統(tǒng)將激光傳感器數(shù)據(jù)和傾角傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合生成三維數(shù)據(jù)；ARM處理器將三維數(shù)據(jù)、粗定位信息和精定位信息進(jìn)行融合，生成助行機(jī)器人的三維環(huán)境識(shí)別及目標(biāo)跟蹤信息，并將這些信息送至工控機(jī)模塊； .52.工控機(jī)模塊根據(jù)受話器或觸摸屏接收到的命令，讀取GPS生成導(dǎo)航地圖；結(jié)合ARM處理器送來(lái)的三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，傳送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制|吳塊； .53.下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊接收工控機(jī)模塊送來(lái)的運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行插補(bǔ)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)；并將運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)送至各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由各電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)使助行機(jī)器人分別產(chǎn)生升降、行走、姿態(tài)保持；同時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息至工控機(jī)模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的基于多傳感器信息融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別方法，其特征在于，還包括如下步驟S 4.工控機(jī)模塊產(chǎn)生的助行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)及用戶的健康信息，或送至觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，或送至音箱輸出，或利用GPRS通過(guò)internet傳到服務(wù)器計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于多傳感器融合的助行機(jī)器人三維環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)及方法，包括ARM信息處理模塊、工控機(jī)模塊、下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；ARM信息處理模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，建立三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息，發(fā)送至工控機(jī)模塊；工控機(jī)模塊接收用戶的指令，利用GPS生成導(dǎo)航地圖，將三維場(chǎng)景重建及目標(biāo)跟蹤信息與導(dǎo)航地圖相結(jié)合生成運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃信息，發(fā)送至下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊；下位機(jī)控制模塊根據(jù)該信息驅(qū)動(dòng)控制助行機(jī)器人產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)反饋運(yùn)動(dòng)信息至工控機(jī)模塊。本發(fā)明將多個(gè)傳感器融合，為助行機(jī)器人建立真實(shí)的三維環(huán)境，生成較優(yōu)的運(yùn)動(dòng)路徑實(shí)現(xiàn)助行機(jī)器人的安全、平穩(wěn)、可靠行走，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)有效跟蹤，提高了助行機(jī)器人智能化。
文檔編號(hào)A61G5/04GK102895092SQ201110413910
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者冷春濤, 李寶順, 黃怡 申請(qǐng)人:冷春濤, 李寶順, 黃怡