傳感器S2和S3分別布置在白線的寬度范圍內(nèi)偏左和偏右的位置；
兩側(cè)灰度傳感器SI和S4分別安裝在左右兩側(cè)的黑線寬度范圍內(nèi)；
灰度傳感器布置及相對于黑白線軌跡的位置如圖4所示。
[0039]相應(yīng)的循跡算法為:
設(shè)灰度傳感器測得白線灰度值A(chǔ)，黑線灰度值為B。算法中取黑白色灰度值的平均值(A+B)/2=C為識別黑白色臨界值，設(shè)定當(dāng)灰度值高于C時識別為白色，當(dāng)灰度值低于C時則識別為黑色。循跡算法流程圖如圖5所示，循跡結(jié)果包括:左偏、右偏、直行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)S2傳感器識別為白色而S3傳感器識別為黑色時，自動巡邏機(jī)器人需要向左偏移；當(dāng)S2傳感器識別為黑色而S3傳感器識別為白色時，自動巡邏機(jī)器人需要向右偏移；當(dāng)S2和S3傳感器均識別為白色時，自動巡邏機(jī)器人直行移動；當(dāng)SI傳感器識別為白色時，自動巡邏機(jī)器人則需要左轉(zhuǎn)彎；當(dāng)S4傳感器識別為白色時，自動巡邏機(jī)器人則需要右轉(zhuǎn)彎。自動巡邏機(jī)器人按照圖5所示的流程步驟依次檢測，但具體檢測步驟先后順序可任意選擇。
[0040]本方案中，地面鋪設(shè)用于機(jī)器人循跡的黑白線軌跡，設(shè)計為中間白線、兩側(cè)黑線，再依據(jù)黑白線寬度合理安排灰度傳感器在機(jī)器人底部的位置，可有效提高夜間循跡的可靠性。在黑暗環(huán)境下，若單獨(dú)使用一種黑色或白色軌跡用于循跡，有效檢測距離只能達(dá)到2cm左右。而利用黑白線灰度值的較大反差來循跡，有效檢測距離能達(dá)到10cm，從而有效地提高了夜間循跡的可靠性，另外也為灰度傳感器在機(jī)器人底部的安裝提供了更多的靈活性。
[0041]同時，取黑白色灰度值的平均值為識別黑白色臨界值，當(dāng)灰度值高于黑白色灰度值的平均值時識別為白色，灰度值低于黑白色灰度值的平均值時則識別為黑色。實際應(yīng)用中，用于機(jī)器人循跡的黑白線軌跡有可能顏色不是絕對均勻的，比如理論上應(yīng)全是白色區(qū)域而實際卻有小區(qū)域沒涂上白色。由于識別黑白色臨界值與白色或者黑色的灰度值允許有100左右的差值，軌跡線上小區(qū)域的顏色不均勻不會影響循跡效果，從而使灰度循跡方法具有更高的穩(wěn)定性。另外，黑白線軌跡會因時間而磨損，由于本方法中識別黑白色臨界值與白色或者黑色的灰度值允許有100左右的差值，因此黑白線軌跡一定程度變舊或者部分磨損都不會影響檢測效果，從而使黑白線軌跡具有更久的耐用性。
[0042]實施例3:
本實施例中，在直行路線上，黑線寬度和白線寬度設(shè)計為:黑:白:黑=1cm:10cm:1Ocm0當(dāng)?shù)缆酚?0度轉(zhuǎn)彎時，為避免由于機(jī)器人轉(zhuǎn)動幅度過大而導(dǎo)致底部灰度傳感器超出循跡線太多，轉(zhuǎn)彎處軌跡鋪設(shè)成兩個145度鈍角形式。另外在轉(zhuǎn)彎處，兩側(cè)黑線的寬度盡量延展，黑線寬度和白線寬度設(shè)計為:黑:白:黑=20cm:10cm:20cm，以保證底部灰度傳感器在機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時不會超出循跡線太多。
[0043]本實施例采用北京博創(chuàng)尚和科技有限公司的MultiFLEX?2-AVR控制器作為機(jī)器人控制器。該控制器采用AVR系列ATmegal28單片機(jī)作為主處理器，控制器功能高度集成，具有12路10、8路10位精度的AD接口，能夠控制機(jī)器人舵機(jī)。軟件集成開發(fā)環(huán)境采用Eclipse For AVR IDE，在安裝了 AVR控件的Eclipse中可直接進(jìn)行AVR單片機(jī)軟件開發(fā)。本實施例中夜間巡邏機(jī)器人設(shè)計為四輪小車形式，采用4個CDS5516舵機(jī)驅(qū)動輪子，舵機(jī)與單片機(jī)通過UART進(jìn)行接口。用于循跡的4個灰度傳感器采用北京博創(chuàng)尚和科技有限公司的帶有高亮LED燈的灰度傳感器。4個灰度傳感器直接和單片機(jī)自帶ADC功能的PR)—PF3口相連?；叶葌鞲衅髟跈C(jī)器人上的布置如下:
采用四個灰度傳感器并排一排，安裝機(jī)器人底部前方；
安裝高度為:各灰度傳感器前端距離地面5cm位置；
中間兩個灰度傳感器S2和S3布置在白線的寬度范圍內(nèi)偏左和偏右的位置；
兩側(cè)灰度傳感器SI和S4分別安裝在左右兩側(cè)的黑線寬度范圍內(nèi)。
[0044]灰度傳感器布置及相對于黑白線軌跡的位置如圖4所示。
[0045]本實施例中，測得灰度傳感器安裝高度為5cm時白線灰度值為450，黑線灰度值為250。算法中取黑白色灰度值的平均值(450+250)/2=350為識別黑白色臨界值，設(shè)定當(dāng)灰度值高于350時識別為白色，當(dāng)灰度值低于350時則識別為黑色。具體循跡算法流程如圖5所示，實現(xiàn)過程同實施例2所述，此處不再贅述。
[0046]本方案中，機(jī)器人通過使用安裝在底部的灰度傳感器完成對設(shè)計合理的循跡線的檢測，能夠自動直行、轉(zhuǎn)彎以及進(jìn)行偏差校正，識別算法合理，識別精度高，同時由于照亮裝置和光敏電阻的合理使用使得巡邏機(jī)器人可以在夜間完成自動巡邏以此節(jié)省了大量人力物理資源，具備廣泛的應(yīng)用前景。
[0047]為了更好地理解本發(fā)明，以上結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)說明。但是，顯然可對本發(fā)明進(jìn)行不同的變型和改型而不超出權(quán)利要求限定的本發(fā)明更寬的精神和范圍。因此，以上實施例具有示例性而沒有限制的含義。
【主權(quán)項】
1.一種夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，所述機(jī)器人沿地面鋪設(shè)的配套循跡線自動巡邏，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 機(jī)器人初始化； 所述機(jī)器人底部安裝的灰度傳感器和所述灰度傳感器自身包含的照亮裝置完成對所述配套循跡線的檢測； 所述機(jī)器人根據(jù)檢測數(shù)據(jù)依照循跡算法得到移動結(jié)果，所述機(jī)器人根據(jù)所述移動結(jié)果進(jìn)行自動巡邏移動，所述循跡算法中取黑白色灰度值的平均值為識別黑白色臨界值，設(shè)定當(dāng)灰度值高于黑白色臨界值時識別為白色，當(dāng)灰度值低于黑白色臨界值時則識別為黑色，所述移動結(jié)果包括左偏、右偏、直行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述機(jī)器人底部安裝的灰度傳感器個數(shù)為4個。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述灰度傳感器前端安裝有光敏電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述照亮裝置為尚殼白色LED。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述配套使用的循跡線黑白相間鋪設(shè)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述循跡線為中間白線兩側(cè)黑線。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述循跡線鋪設(shè)方式包括直行線和轉(zhuǎn)角線。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述直行線黑線寬度和白線寬度比設(shè)計為:黑:白:黑=1:1:1。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)角線轉(zhuǎn)彎處軌跡鋪設(shè)成兩個145度鈍角形式，兩側(cè)黑線的寬度外延。10.采用如權(quán)利要求1所述的夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法的機(jī)器人，包括和所述機(jī)器人配套使用的循跡線，所述機(jī)器人包括灰度傳感器，其特征在于，所述機(jī)器人可在夜間沿所述循跡線自動巡邏，所述灰度傳感器自身包含照亮裝置，所述灰度傳感器前端安裝有光敏電阻，所述光敏電阻用于檢測所述照亮裝置照亮的物體的反射光。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種夜間巡邏機(jī)器人自動循跡方法，機(jī)器人沿地面鋪設(shè)的配套循跡線自動巡邏，所述方法包括：機(jī)器人初始化；所述機(jī)器人底部安裝的灰度傳感器和所述灰度傳感器自身包含的照亮裝置完成對所述配套循跡線的檢測；所述機(jī)器人根據(jù)檢測數(shù)據(jù)依照循跡算法得到移動結(jié)果，所述機(jī)器人根據(jù)所述移動結(jié)果進(jìn)行自動巡邏移動，所述循跡算法中取黑白色灰度值的平均值為識別黑白色臨界值，設(shè)定當(dāng)灰度值高于黑白色臨界值時識別為白色，當(dāng)灰度值低于黑白色臨界值時則識別為黑色，所述移動結(jié)果包括左偏、右偏、直行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎。本方案通過合理設(shè)計黑白線軌跡鋪設(shè)方法和灰度傳感器在機(jī)器人底部的位置，結(jié)合相應(yīng)的循跡算法，可以實現(xiàn)機(jī)器人在夜間黑暗環(huán)境下精確、穩(wěn)定循跡。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN104932507
【申請?zhí)枴緾N201510312932
【發(fā)明人】張軍, 劉元盛, 鮑泓, 章學(xué)靜, 袁汝誠, 李英杰, 梁曉云
【申請人】北京聯(lián)合大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月9日