一种基于OpenMV的全方位姿态识别跟随机器人的制作方法

一种基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人
(一)技术领域
1.本实用新型涉及到智能跟随领域，尤其涉及一种基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人。
(二)

背景技术：

2.由于互联网和人工智能的飞速发展推动了机器人技术的高速发展。机器人视觉跟随技术作为应用非常广泛且实用的关键技术越来越受到重视。视觉跟踪机器人模仿了生物行为，使机器人可以通过传感器获取外界信息通过计算做出相应的判断使得机器人更加智能化。现有的跟随机器人都是具有识别定位和跟随功能的移动机器人，可以实现跟随功能。可是面对光线较暗，障碍较多等复杂环境时，机器人的准确跟随以及安全性保障成了解决的难题。
3.中国发明专利《基于视觉的机器人跟随方法及跟随机器人》(专利号 cn202010993247.3)设计了一种视觉跟随机器人，该机器人能够实现通过图像识别检测对目标进行机器人跟随；中国发明专利《一种基于视觉识别的自动跟随避障方法及机器人》(专利号cn201910757661.1)设计了一种基于视觉识别的自动跟随避障方法及机器人，实时扫描周边环境信息并在必要时调整跟随路径。该机器人通过采集目标的衣服颜色对目标进行识别并进行定位,不需要被跟随者携带发射源或接收源,并且能够减小电磁波干扰提高跟随精度。但两者都存在以下问题：1.对光线较暗的环境适应能力不强。2.机器人的安全能力有待提高。中国矿业大学张亚斌的硕士论文《基于ros的轮式移动机器人行人目标视觉感知与跟随系统研究》一文研究了行人目标检测、跟踪、测距等感知算法,通过实验测试了感知算法的准确性和快速性以及在移动机器上实现的可行性,最终完成了移动机器人对周围行人目标快速准确的视觉感知和简单跟随任务。可该论文中的机器人在障碍物较多的环境下不能准确跟随。相比于上述跟随机器人，本实用新型采用无转弯半径的麦克纳姆轮，相比于其他跟随机器人，快速性和精度得到了有效的提高，姿态识别跟随使得机器人大大提升了跟随的准确性和可靠性，双模控制的设计，使得机器人可以很好克服光线较暗等复杂环境，实用性强，安全性高。
(三)

技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人，机器人通过人体姿态识别，控制麦克纳姆轮全方位跟随，可以更好的检测克服各种障碍，应对复杂环境，识别精度也可有一定程度的提高。防碰撞和丢失报警可以很好的保证机器人的安全性。本实用新型能够有效的减轻人的负重，提高运载效率，全方位精准跟随，高效地进行创造性的工作。
5.为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：一种基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人，包括openmv视觉传感器模块、路径规划算法模块、tb6612电机驱动模块、麦克纳姆轮全方位跟随运动模块、wi
‑
fi模块、电源模块、丢失报警模块、碰撞 灰度传感
器防碰撞模块、袖珍式激光雷达模块、姿态识别算法模块。所述机器人上搭载上述模块，所述的电源模块给各个模块供电；所述openmv视觉传感器模块为整个系统提供了识别与控制的功能；机器人的前方搭载摄像头作为跟随机器人的“眼睛”，系统通过openmv来获取姿态图像信息和处理信息；所述的路径规划算法模块通过视觉传感器计算出跟随目标的位置信息以后，利用mcu整合数据，并规划好跟随路线；所述的tb6612 电机驱动模块与路径规划算法模块相连接，受路径规划算法模块控制，用于驱动机器人跟随目标；所述的麦克纳姆轮全方位跟随运动模块受驱动模块驱动用于搭载重物全方位跟随人进行运动；所述的wi
‑
fi模块与openmv视觉传感器模块互相连接，应用程序连接ap热点后，可以通过串口通信发送指定的字符串，控制跟随机器人前后左右全方位的移动；所述的丢失报警模块也与openmv视觉传感器模块连接，当机器人无法跟随发生危险时或者物品有丢失的危险时，自动报警提醒，确保安全。所述的袖珍式激光雷达模块与openmv视觉传感器模块连接，对机器人周围环境进行360
°
探测和感知，进行探测障碍物与辅助进行路径规划。所述的姿态识别算法模块与openmv视觉传感器模块连接，通过提取视觉传感器模块识别的人体姿态特征进行目标姿态确认跟随。所述的碰撞 灰度传感器防碰撞模块与openmv视觉传感器模块连接，当机器人受到撞击或者遇到阻碍时，进行报警或提示重新规划路线。
6.作为本实用新型的一种改进，openmv视觉传感器模块选用了openmv3 cam m7视觉单片机作为微控制器。
7.作为本实用新型的一种改进，openmv视觉传感器模块摄像头采用ov7725。
8.作为本实用新型的一种改进，麦克纳姆轮全方位跟随运动模块采用麦克纳姆轮，在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动，与此同时麦克纳姆轮没有转弯半径，由此使得机器人可以进行最短路径的全方位跟随。
9.作为本实用新型的一种改进，选择esp8266
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01的wi
‑
fi模块，它具有串口无线ap模式，串口无线sta模式和串口无线ap sta模式，这三种模式可以通过用户配置，使用at指令会使开发更简单。openmv与和esp8266之间可以进行数据的收发，实现串口的通信功能。
10.作为本实用新型的一种改进，采用的tb6612电机驱动模块；电机驱动板可以通过排针直接与openmv3相连。
11.作为本实用新型的一种改进，采用的路径规划算法模块通过提取视觉传感器模块识别的人体姿态特征进行全方位姿态跟随，从而达到精准跟随的目的。
12.作为本实用新型的一种改进，使用openmv3 cam m7上的led灯作为跟随机器人系统的报警模块。
13.作为本实用新型的一种改进，跟随机器人采用双模控制，即自主跟随模式和遥控模式，遥控模式实现恶劣环境的有效跟随。
14.作为本实用新型的一种改进，防碰撞模块选用灰度传感器和碰撞传感器检测，当机器人发生碰撞时由碰撞传感器检测机器人碰撞的强度信号，并将信号发送至openmv视觉传感器模块，控制器根据信号判断是否可能危险，如若有发生危险的可能性则进行报警；灰度传感器用于检测障碍物，如若障碍可能阻碍机器人无法正常移动，则进行提示重新规划路线。
15.作为本实用新型的一种改进，激光雷达采用袖珍式tof激光雷达，它具有每秒9200
次的激光测距采样能力，并采用了非接触式的能量和信号传输技术，采用激光飞行时间测距技术，克服了传统激光雷达的寿命限制，可长时间可靠的稳定运行。
16.(四)有益效果
17.本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人可以很好的实现全方位姿态识别跟随。
18.(1)面对灯光较暗、障碍物多等复杂环境，本实用新型采用自主跟随模式与遥控模式相结合的双模控制，提高了机器人对复杂环境的适应能力，很好的克服了灯光较暗的问题，实用性强。
19.(2)所采用的无转弯半径的麦克纳姆轮，可以使得机器人进行全方位的跟随，快速性和精度得到了有效的提高。
20.(3)姿态识别的应用也大大提升了机器人跟随的准确性和可靠性。灰度传感器和碰撞传感器相结合的防碰撞模块避免了机器人因碰撞而引发的危险。
21.(4)丢失报警模块提升了机器人与搭载物品的安全性。袖珍式激光雷达模块的探测和感知也确保了整个系统的高效性、稳定性、可靠性。
(五)附图说明
22.图1为本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人的模块构造示意图
23.图2为本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人的姿态识别流程图
24.图3为本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人的跟随流程设计图
(六)具体实施方式
25.下面结合附图对本发明进行详细描述：
26.图1为本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人的模块构造示意图。该实用新型麦克纳姆轮全方位姿态识别跟随机器人包括openmv视觉传感器模块、路径规划算法模块、tb6612电机驱动模块、麦克纳姆轮全方位跟随运动模块、wi
‑
fi模块、电源模块、丢失报警模块、碰撞 灰度传感器防碰撞算法模块、袖珍式激光雷达模块、姿态识别算法模块。
27.如图1所示，在本实用新型中，机器人的电源模块给各个模块供电，路径规划算法模块、wi
‑
fi模块、电源模块、丢失报警模块、碰撞 灰度传感器防碰撞模块、袖珍式激光雷达模块、姿态识别算法模块均与openmv视觉传感器模块相连。tb6612电机驱动模块与路径规划算法模块和麦克纳姆轮全方位跟随运动模块相连，接受路径规划指令并驱动运动模块全方位跟随。
28.如图1所示，通过openmv视觉传感器模块ov7725摄像头找到跟随目标， openmv将相对的位置信息整合，并将此信息传输给路径规划算法模块，将姿态信息传送至姿态识别算法模块，mcu通过对相对位置信息的计算，在袖珍式激光雷达模块和碰撞 灰度传感器防碰撞模块的辅助下得到准确的跟随路径。同时，也可使用wi
‑
fi模块实现联网的效果，通过pc机应用程序控制机器人的运动。
29.如图2为本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人的姿态识别流程图。openmv视觉传感器算法模块对于整个跟随机器人控制系统来说是最为主要的模块之
一，它为整个系统提供了识别与控制跟随的功能，它将姿态图像信息和传送至姿态识别算法模块。姿态识别算法模块用于检测当前图像帧中的人体位置生成包含人体位置的目标框，对所生成的目标框进行尺度变换，以生成预定尺寸的人体图像，从而进行特征点提取以及姿态分析，最终将识别的结果反馈给openmv视觉传感器算法模块。
30.图3为本实用新型基于openmv的全方位姿态识别跟随机器人的跟随流程设计图。openmv视觉传感器模块接收到姿态识别算法模块可以跟随的信息，计算出跟随目标的位置信息以后，路径规划算法模块通过mcu整合数据，并规划好跟随路线，驱动麦克纳姆轮全方位跟随运动模块移动跟随目标。
31.在本实用新型中,丢失报警模块，使用openmv3 cam m7上的led灯作为跟随机器人系统的报警模块。通过软件编写程序来实现led灯的亮暗控制。丢失报警模块与openmv视觉传感器模块连接，当机器人无法跟随发生危险时或者物品有丢失的危险时，自动报警提醒，确保安全。
32.在本实用新型中,电源模块为可充电的电池或电池组,为整个小车进行供电。作为另一种可实现的方式,电源供电系统可采用太阳能电池板,更加节能环保,并延长机器人的工作时长。
33.在本实用新型中,tb6612电机驱动模块与路径规划算法模块和麦克纳姆轮全方位跟随运动模块相连，接受路径规划指令并驱动运动模块全方位跟随。电机驱动模块tb6612，tb6612的电机驱动板直接插在openmv上，使用方便。电机驱动控制两个n20的直流电机，实现麦克纳姆轮的全方位转动，从而达到控制跟随机器人前进，后退，横移等全方位移动跟随的效果。
34.在本实用新型中，麦克纳姆轮全方位跟随运动模块搭载麦克纳姆轮，可以让机器人实现横移，前行等全方位的运动跟随。
35.在本实用新型中，机器人顶部安装有高精度激光雷达传感器，可以对机器人周围环境进行360
°
全方位的探测和感知，确保机器人以最优的路径进行跟随。
36.在本实用新型中，跟随机器人采用双模控制，即自主跟随模式和遥控模式。自主跟随模式下机器人可以自动跟随，遥控模式下通过使用wi
‑
fi模块实现联网的效果，通过pc机应用程序控制机器人的运动。
37.在本实用新型中，碰撞 灰度传感器防碰撞模块与openmv视觉传感器模块连接，当机器人受到撞击或者遇到阻碍时，进行报警或提示重新规划路线。