基于ARM的清洁机器人障碍检测系统设计与实现-论文.pdf

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1、《工业控制计算机}2014年第27卷第6期17基于ARM的清洁机器人障碍检测系统设计与实现DesignofObstacleDetectionSystemforCleaningRobotBasedonARM王家渠周志景冯龙生(东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要介绍了一种基于ARM的清洁机器人障碍检测系统设计方案，提出了以嵌入式系统为核心，以ARM处理器为主控制器，以视觉传感器检测障碍的清洁机器人障碍检测系统总体方案，并给出了硬件设计方案及软件设计框架。最后进行了实验测试，实现了清洁机器人视觉障碍检测功能，实

2、验结果验证了系统方案的可行性。，关键词：清洁机器人，ARM，障碍检测，单目视觉测距AbstractThedesignofobstacledetectionsystemispresentedforcleaningrobotbasedonARMinthispaper．Theoveralschemeforobstacledetectionisproposed，includingtheembeddedsystem，ARMprocessor，andvisionsensor，etcTheoveralsystemframework

3、ofembeddedhardwareandsoftwareisputforward，andtheexperimentaltestshavebeenconductedKeywords：cleaningrobot，ARM，obstacledetection，monocularvisionranging目前市面上已经拥有不同种类的清洁机器人，如韩国LG题研究的重点内容之一。本文单目视觉障公司设计的VR5940LV清洁机器人、美国iRobot公司设计的碍检测的整体结构示意图如图2所示。镶碍瞳检Roomba系列清洁机器人及我国

4、福玛特公司设计的FM系列清视觉模块子系统主要包括图像采集测——模模洁机器人等，然而这些产品的智能化和清洁效率有待进一步提模块、障碍检测模块及障碍定位模块。块块升。良好的障碍检测对提高清洁机器人智能化程度和清洁效率1)图像采集模块。通过视觉传感器采图2视觉障碍检测整具有重要意义。针对清洁机器人障碍检测问题，本文提出了基于集环境信息，是清洁机器人障碍检测的前体结构示意图ARM处理器、视觉传感器的清洁机器人障碍检测方案，实现了提工作。清洁机器人障碍检测。2)障碍检测模块。实现检测障碍功能，通过图像处理及理解1系统总体方案设

5、计等方法，检测环境中是否存在障碍物。根据系统的3)障碍定位模块。实现障碍物的测距功功能需求，设计了能，通过摄像机成像模型方法，完成对障碍以嵌入式系统为物的测距定位。核心，以ARM处2．2障碍检测及定位模块实现方案理器为主控制器，在局部区域内，一般障碍物与地面具有以视觉传感器检明显的交界线，因此，可以通过检测交界线测障碍的清洁机进行障碍检测[23障碍检测基本流程图如图器人障碍检测系3所示。统方案。清洁机器如图3所示，首先对原始图像进行图像人障碍检测系统图1系统总体方案框图预处理，其次通过边缘检测方法提取障碍与的整体框图

6、如图1所示：地面的交界线特征，然后判断是否存在障碍图1中，清洁机器人障碍检测系统整体结构由ARM嵌入物，如果存在障碍物，最后通过Hough变换式系统、视觉模块、电源模块、存储模块、调试模块组成。ARM嵌标示出障碍物区域。入式系统作为系统的核心部分，主要负责协调系统各模块的运2．3障碍定位模块实现方案行；清洁机器人运行中需要时刻感知环境信息，通过视觉模块进障碍定位模块的功能是实现障碍物的图3障碍检测流程行视频图像采集，将采集的图像存放在存储模块，经过嵌入式系位置测量，本文根据摄像机透视成像模型统处理，实现清洁机器人的障

7、碍检测。电源模块提供系统各模块的方法进行测距，该模型将图像坐标转换成世界坐标，实现障的电源需求。调试模块通过调试工具实现系统的开发调试。碍物的定位功能。RS232接口作为PC机与嵌入式系统串口通讯接口。透视模型是最常用的摄像机投影模型，可以用小孔成像模2视觉障碍检测方案设计型简化，如图4所示。ABCD为摄像机拍摄到的地面上梯形区由于全景下的障碍检测算法复杂度高、难度大、硬件设备要求域，O点为摄像机镜头中心点，G点为摄像机光轴和地面的交高、开发周期长等因素，本文基于局部区域的视觉传感器障碍检测。点，O点为O点在地平面上

8、的垂直投影。a、b、C、d、g分别为A、在局部区域内，一般障碍物与地面有非常明显的交界线，因此本文B、C、D、G在图像平面的对应点。通过检测障碍物与地面交界线的这一显著特征进行障碍检测。建立如图5所示的坐标系。世界坐标系原点在摄像头的正2．1视觉障碍检测整体方案下方，清洁机器人近似为一质点，则对目标定位的结果就是目标视觉模块主要任务是通过单目视