AS-R移动机器人基于双目视觉的动态避障

 张  寒，张冰蔚

 （江苏科技大学机械工程学院，江苏  镇江  212003）

摘要：针对移动机器人的动态避障问题，以AS-R移动机器人为平台，设计了一种基于双目视觉的动态避障方法。从双目视觉系统出发，介绍了AS-R机器人的视觉系统，研究了AS-R机器入的运动原理，探讨了图像信息处理的过程；最后设计了两种简单环境下机器人的动态避障，并验证了所提方法的有效性。

关键词：AS-R移动机器人；双目视觉；动态避障中图分类号：TP242.6

1  AS-R移动机器人

 双目视觉是机器视觉的一个重要分支，经过几十年的发展，在机器人视觉、航空测绘等领域中的应用越来越广泛。

 AS-R机器人名为能力风暴智能移动机器人，是用于实验室教学以及科研工作的机器人平台，其系统结构见图1。

1.1 AS-R移动机器人功能

 AS-R移动机器人采用模块化设计，按功能分为传感、控制和动力三个模块。小车上装有WindowsXP操作系统，采用Visual C++对其开发。小车系统具有强大的开发功能，包括实时运动控制、图像处理、语音采集、语音识别、多路图像采集及处理等。

1.2 AS-R小车运动控制

 AS-R机器人小车的运动主要通过底部安装的轮式运动结构实现，轮子通过直流伺服电机来控制。运动控制卡在运动控制模块中起主要作用，运动控制卡的PWM信号作为电机驱动器的控制信号，通过处理和转接输入到电机驱动器。机器人的速度通过调节PWM信号的不同占空比进行调节。

1.3  双目视觉系统Bumblebee  2

摄像机扩展方式如图2所示。

 双目视觉软件处理过程如图3所示。其中，SDK为软件开发工具包。

 双目视觉系统不需要标定，可以直接获取目标的距离信息。

2设计避障步骤

 在未知环境运行中，AS-R移动机器人通过多个行为协调完成避障。避障步骤如下：①给定起点、终点位置并初始化系统；②利用双目视觉系统采集前方障碍物距离信息；③根据得到的距离信息，触发相应行为，使其执行相应的操作；④机器人实时检测是否到达目标点位置，是则停止，否则跳回到步骤②，不断重复这一过程，直至到达终点位置。

 避障程序流程如图4所示。图4中，视差小于65 280这一数字是由Windows系统内部为列表框控制所提供的不足64 kb(实际为64×1 024-256=65 280)的数据存储内存决定的。

3  实验结果

 实验环境：单个静态障碍物（墙面）环境和动静态障碍物环境。

 机器人从设置好的起始点位置(0，0)运动至终点位置(1，3)。

3.1  单个静态障碍物（墙面）实验

 实验场景中有个墙面（贴有磁砖），实验结果如图5所示。机械人的行走方向为向左前方行进，遇到墙面，右转弯后直行。图5(a)为移动机器人初始行驶状态，图5(b)～图5(d)为移动机器人为躲避墙面做出的转弯运动，图5(e)为移动机器人绕过墙面后的最终行驶状态，图5(f)为到达终点。 

 图6(a)为机器人的实际运行轨迹，实时保存机器人坐标点信息，将其绘成运行轨迹图，如图6(b)所示。

3.2动静态障碍物实验

 场景中静态和动态障碍物并存，由移动的人和各种实验仪器组成，实验结果如图7所示。机械人位于图7(a)时前进，处于图7(b)～图7(c)时遇到前方静态障碍物则向右转;图7(d)～图7(g)代表移动机器人遇到动态障碍物，随后向右转成功避开人，图7(h)代表运行至目标位置。

 由上述实验结果可知，采用双目视觉系统能够有效实现机器人在简单环境下的静动态避障。

4结束语

 在调试小车的运动中发现，对于光面物质在有光线照射的反光情况下，小车有可能不会躲避障碍物，造成小车的错误行驶，而且对于颜色较浅的物体也可能出现这种情况，为此还需进行进一步地研究和改进。