本發(fā)明涉及機(jī)器視覺和自動化控制，具體為基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代自動化和智能化的發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)器在各種復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)行面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是在動態(tài)環(huán)境中，機(jī)器需要實(shí)時感知周圍的障礙物、準(zhǔn)確評估任務(wù)的復(fù)雜程度以及自身的運(yùn)行狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)高效、安全的避障和任務(wù)執(zhí)行。然而，目前的技術(shù)在處理這些問題時往往存在一定的局限性。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，一些動態(tài)避障系統(tǒng)主要通過傳感器獲取環(huán)境信息，然后根據(jù)這些信息進(jìn)行障礙物檢測和距離測量，部分系統(tǒng)還會結(jié)合機(jī)器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過預(yù)設(shè)的算法來計(jì)算避障路徑和調(diào)整運(yùn)行速度，在任務(wù)復(fù)雜程度評估方面，可能會根據(jù)任務(wù)的目標(biāo)數(shù)量、時間要求等因素進(jìn)行簡單的分級評估。

3、現(xiàn)有的傳感器技術(shù)在某些復(fù)雜環(huán)境下可能存在精度不足、易受干擾等問題，現(xiàn)有系統(tǒng)在計(jì)算避障路徑和調(diào)整運(yùn)行速度時，往往缺乏對任務(wù)復(fù)雜程度和運(yùn)行阻礙的綜合考慮，導(dǎo)致在任務(wù)復(fù)雜或障礙物較多的情況下，系統(tǒng)的適應(yīng)性和效率較低，現(xiàn)有技術(shù)對于障礙物影響范圍的計(jì)算不夠準(zhǔn)確，難以全面考慮各種因素的影響，容易出現(xiàn)誤判或漏判的情況，在處理預(yù)測延誤時間和自適應(yīng)調(diào)整方面，現(xiàn)有技術(shù)不夠靈活和智能，難以滿足不同任務(wù)和環(huán)境的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、（一）解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)，通過采用信息采集模塊結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù)，實(shí)時獲取全面數(shù)據(jù)，提高環(huán)境感知精度與可靠性；克服現(xiàn)有系統(tǒng)缺乏綜合考慮的不足，通過計(jì)算運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)、障礙物影響范圍以及任務(wù)復(fù)雜指數(shù)，并進(jìn)一步得到運(yùn)行阻礙指數(shù)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合機(jī)器環(huán)境參數(shù)閾值、圖像信息數(shù)據(jù)、預(yù)測延誤時間、自適應(yīng)任務(wù)速值計(jì)算出自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度，能夠適應(yīng)更復(fù)雜的任務(wù)，進(jìn)而解決現(xiàn)有技術(shù)中因考慮因素較少，而導(dǎo)致機(jī)器運(yùn)行時易出現(xiàn)誤判或漏判，出現(xiàn)障礙物干擾機(jī)器運(yùn)行的事故問題。

3、（二）技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)，包括：

5、信息采集模塊，用于獲取周圍環(huán)境的圖像信息數(shù)據(jù)、機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)、任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)以及實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)；

6、圖像處理模塊，用于根據(jù)圖像信息數(shù)據(jù)以及機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算障礙物影響范圍；根據(jù)任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)以及障礙物影響范圍，計(jì)算任務(wù)復(fù)雜指數(shù)；根據(jù)機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)、障礙物影響范圍以及任務(wù)復(fù)雜指數(shù)，計(jì)算運(yùn)行阻礙指數(shù)；

7、數(shù)據(jù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)運(yùn)行阻礙指數(shù)與運(yùn)行阻礙指數(shù)閾值的比較結(jié)果，判斷是否會對機(jī)器運(yùn)輸產(chǎn)生阻礙；當(dāng)判斷為會產(chǎn)生阻礙時，根據(jù)運(yùn)行阻礙指數(shù)、實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)以及任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算預(yù)測延誤時間；根據(jù)任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)和實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算自適應(yīng)任務(wù)速值；設(shè)置機(jī)器環(huán)境參數(shù)閾值，根據(jù)機(jī)器環(huán)境參數(shù)閾值、圖像信息數(shù)據(jù)、預(yù)測延誤時間、自適應(yīng)任務(wù)速值以及實(shí)時運(yùn)行阻礙指數(shù)，計(jì)算自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度；

8、控制決策模塊，用于根據(jù)預(yù)測延誤時間與延誤時間閾值集合的比較結(jié)果，判斷是否影響正常工作，在影響正常工作的情況下，調(diào)整為自適應(yīng)任務(wù)速值和自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度，機(jī)器依據(jù)調(diào)整后的運(yùn)行狀態(tài)和路徑進(jìn)行作業(yè)。

9、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算障礙物影響范圍的具體步驟為：

10、圖像信息數(shù)據(jù)包括障礙物的邊界點(diǎn)坐標(biāo)以及障礙物速度向量；

11、機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括機(jī)器速度向量和到達(dá)障礙物的預(yù)測時間；

12、根據(jù)障礙物的邊界點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算障礙物的質(zhì)心坐標(biāo)，所依據(jù)的具體公式如下：

13、

14、

15、其中，表示障礙物第個邊界點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，表示障礙物第個邊界點(diǎn)的縱坐標(biāo)值，的取值為，代表邊界點(diǎn)的總數(shù)；

16、根據(jù)障礙物的質(zhì)心坐標(biāo)，計(jì)算等效半徑，所依據(jù)的具體公式如下：

17、

18、根據(jù)障礙物速度向量以及機(jī)器速度向量，計(jì)算相對速度向量，所依據(jù)的具體公式如下：

19、

20、根據(jù)相對速度向量，計(jì)算相對速度，所依據(jù)的具體公式如下：

21、

22、機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)還包括到達(dá)障礙物的預(yù)測時間；

23、根據(jù)等效半徑、相對速度以及達(dá)障礙物的預(yù)測時間，計(jì)算障礙物影響范圍，所依據(jù)的具體公式如下：

24、。

25、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算任務(wù)復(fù)雜指數(shù)的具體步驟為：

26、任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)包括復(fù)雜程度、任務(wù)執(zhí)行區(qū)域大小、障礙物密度、任務(wù)截止時間以及預(yù)計(jì)完成任務(wù)時間；

27、設(shè)置障礙物最大影響范圍；

28、根據(jù)任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)、障礙物最大影響范圍以及障礙物影響范圍，計(jì)算任務(wù)復(fù)雜指數(shù)，所依據(jù)的具體公式如下：

29、

30、其中，是第個功能模塊的復(fù)雜程度，的取值范圍為，代表功能模塊的總數(shù)，為綜合調(diào)整系數(shù)，取值為，為障礙物影響范圍的調(diào)整參數(shù)，取值為。

31、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)的具體步驟為：

32、運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)包括性能影響系數(shù)、穩(wěn)定性影響系數(shù)、任務(wù)適應(yīng)性影響系數(shù)以及環(huán)境適應(yīng)性影響系數(shù)；

33、機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)還包括性能數(shù)據(jù)、穩(wěn)定性數(shù)據(jù)、任務(wù)適應(yīng)性數(shù)據(jù)以及環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)；

34、性能數(shù)據(jù)包括機(jī)器平均運(yùn)行速度、機(jī)器最大運(yùn)行速度、機(jī)器負(fù)載能力以及機(jī)器最大負(fù)載能力；

35、根據(jù)性能數(shù)據(jù)，計(jì)算性能影響系數(shù)，所依據(jù)的具體公式如下：

36、

37、其中，為平均運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；為機(jī)器負(fù)載能力的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；

38、穩(wěn)定性數(shù)據(jù)包括機(jī)器振動幅度以及機(jī)器噪聲水平；

39、根據(jù)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)計(jì)算穩(wěn)定性影響系數(shù)，所依據(jù)的具體公式如下：

40、

41、其中，為機(jī)器振動幅度的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；為機(jī)器噪聲水平的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；

42、任務(wù)適應(yīng)性數(shù)據(jù)包括歷史任務(wù)成功率、歷史最高任務(wù)成功率以及歷史任務(wù)完成時間；

43、根據(jù)任務(wù)適應(yīng)性數(shù)據(jù)計(jì)算任務(wù)適應(yīng)性影響系數(shù)，所依據(jù)的具體公式如下：

44、

45、其中，為歷史任務(wù)成功率的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；為歷史任務(wù)完成時間的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；

46、環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)包括當(dāng)前環(huán)境溫度、當(dāng)前環(huán)境濕度、歷史最高適應(yīng)溫度、歷史最低適應(yīng)溫度、歷史最高適應(yīng)濕度以及歷史最低適應(yīng)濕度；

47、根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)，計(jì)算環(huán)境適應(yīng)性影響系數(shù)，所依據(jù)的具體公式如下：

48、

49、其中，為當(dāng)前環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0；為當(dāng)前環(huán)境濕度的調(diào)節(jié)系數(shù)，取值為＞0。

50、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算運(yùn)行阻礙指數(shù)的具體步驟為：

51、運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)、障礙物影響范圍以及任務(wù)復(fù)雜指數(shù)，計(jì)算運(yùn)行阻礙指數(shù)，所依據(jù)的具體公式如下：

52、。

53、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：判斷是否會對機(jī)器運(yùn)輸產(chǎn)生阻礙的具體步驟為：

54、設(shè)置運(yùn)行阻礙指數(shù)閾值；

55、當(dāng)運(yùn)行阻礙指數(shù)≤時，不對機(jī)器運(yùn)輸產(chǎn)生阻礙，按原路線執(zhí)行；

56、當(dāng)運(yùn)行阻礙指數(shù)>時，對機(jī)器運(yùn)輸產(chǎn)生阻礙，并進(jìn)行下一步驟。

57、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算預(yù)測延誤時間的具體步驟為：

58、實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)包括機(jī)器運(yùn)行過程中的實(shí)時時間；

59、根據(jù)實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)、任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)以及運(yùn)行阻礙指數(shù)，計(jì)算預(yù)測延誤時間，所依據(jù)的具體公式如下：

60、

61、其中，為預(yù)測延誤時間的調(diào)整系數(shù)，取值為實(shí)數(shù)。

62、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算自適應(yīng)任務(wù)速值的具體步驟為：

63、實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)還包括實(shí)時剩余路程；

64、根據(jù)任務(wù)截止時間、實(shí)時時間以及實(shí)時剩余路程，計(jì)算自適應(yīng)任務(wù)速值，所依據(jù)的具體公式如下：

65、

66、其中，取值為>0。

67、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：計(jì)算自適應(yīng)轉(zhuǎn)向的具體步驟為：

68、機(jī)器環(huán)境參數(shù)閾值包括最大可接受延誤時間、最大運(yùn)行阻礙指數(shù)、機(jī)器最大速度以及最大障礙物影響范圍半徑；

69、根據(jù)機(jī)器環(huán)境參數(shù)閾值、等效半徑、預(yù)測延誤時間、自適應(yīng)任務(wù)速值以及實(shí)時運(yùn)行阻礙指數(shù)，自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度，所依據(jù)的具體公式如下：

70、

71、其中，代表預(yù)測延誤時間的權(quán)重系數(shù)，取值為0.1<≤0.3，為實(shí)時運(yùn)行阻礙指數(shù)的權(quán)重系數(shù)，取值范圍為0.3≤≤0.6，為自適應(yīng)任務(wù)速值的權(quán)重系數(shù)，取值為0.2≤≤0.5，且++=1。

72、在上述基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案中：判斷是否影響正常工作的具體步驟為：

73、設(shè)置延誤時間閾值；

74、當(dāng)預(yù)測延誤時間≤時，不觸發(fā)超時報(bào)警通知；

75、當(dāng)＜預(yù)測延誤時間時，觸發(fā)超時報(bào)警通知，更換自適應(yīng)任務(wù)速值和自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度。

76、（三）有益效果

77、本發(fā)明提供了基于機(jī)器視覺的動態(tài)避障控制系統(tǒng)，具備以下有益效果：

78、（1）能夠全面實(shí)時地獲取周圍環(huán)境的圖像信息數(shù)據(jù)、機(jī)器基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)，為整個系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確而及時的信息基礎(chǔ)，使得系統(tǒng)可以充分了解機(jī)器所處的環(huán)境狀況以及任務(wù)要求，為后續(xù)的處理和決策提供可靠的依據(jù)。

79、（2）計(jì)算障礙物影響范圍有助于機(jī)器提前感知可能的碰撞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，以便及時采取規(guī)避措施，提高機(jī)器在復(fù)雜環(huán)境中的安全性；計(jì)算任務(wù)復(fù)雜指數(shù)能夠讓系統(tǒng)了解任務(wù)的難度程度，合理分配資源和調(diào)整策略，提高任務(wù)完成的效率和質(zhì)量；計(jì)算運(yùn)行阻礙指數(shù)，綜合考慮了運(yùn)行影響系數(shù)數(shù)據(jù)、障礙物影響范圍和任務(wù)復(fù)雜指數(shù)等多方面因素，為系統(tǒng)評估運(yùn)行阻礙程度提供了量化指標(biāo)，便于系統(tǒng)做出更合理的決策。

80、（3）根據(jù)運(yùn)行阻礙指數(shù)與閾值比較判斷是否對機(jī)器運(yùn)輸產(chǎn)生阻礙，并設(shè)定避障路線，能夠及時規(guī)劃機(jī)器的行動路徑，確保機(jī)器在復(fù)雜環(huán)境下安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性；計(jì)算預(yù)測延誤時間，通過綜合運(yùn)行阻礙指數(shù)、實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)以及任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確預(yù)測任務(wù)可能的延誤情況，使系統(tǒng)提前做好應(yīng)對準(zhǔn)備；計(jì)算自適應(yīng)任務(wù)速值和自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度可以根據(jù)實(shí)際情況動態(tài)調(diào)整機(jī)器的運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)向，提高機(jī)器在不同環(huán)境和任務(wù)條件下的適應(yīng)性和靈活性，確保任務(wù)的高效完成。

81、(4)根據(jù)預(yù)測延誤時間與延誤時間閾值集合比較判斷是否影響正常工作，能夠及時發(fā)現(xiàn)任務(wù)執(zhí)行中的問題，采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在影響正常工作的情況下調(diào)整為自適應(yīng)任務(wù)速值和自適應(yīng)轉(zhuǎn)向角度，能夠快速響應(yīng)問題，優(yōu)化任務(wù)執(zhí)行策略，提高系統(tǒng)的整體性能和適應(yīng)性。