本發(fā)明涉及一種足球機(jī)器人近距離趨近技術(shù)，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

足球機(jī)器人在趨近足球的過程中，需要對(duì)足球位置進(jìn)行判斷。普通視覺足球機(jī)器人主要是通過兩種方式檢測(cè)足球方位。1、通過場(chǎng)外視覺攝像頭，同時(shí)測(cè)量足球和足球機(jī)器人的位置，通過運(yùn)算，向足球機(jī)器人發(fā)射指令，完成趨近任務(wù)；2、在體積較大，高度較高的足球機(jī)器人頂部安裝全景圖像采集攝像頭，完成對(duì)足球位置的判斷，并據(jù)此驅(qū)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)，趨近機(jī)器人。

然而當(dāng)足球機(jī)器人的高度較低時(shí)，將無法將攝像頭的位置安置在高處。此情況下，對(duì)足球位置的判斷將遇到盲區(qū)。只有在距離足球位置較遠(yuǎn)，足球形狀能夠完整出現(xiàn)在圖像畫面中時(shí)，才能對(duì)足球的位置進(jìn)行有效的判斷。當(dāng)距離足球位置較近時(shí)，足球?qū)⒄紦?jù)整個(gè)畫面，無法有效判斷攝像頭前方物體是否是足球，只能切換成顏色識(shí)別模式繼續(xù)進(jìn)行判斷。然而當(dāng)足球與圖像采集裝置繼續(xù)靠近時(shí)，足球?qū)︾R頭的光線遮擋也將妨礙對(duì)顏色的準(zhǔn)確判斷。此時(shí)，往往需要借助其他傳感器(如紅外)進(jìn)行輔助判斷，或者進(jìn)行算法上的處理，進(jìn)行鏡頭前障礙物距離的連續(xù)性估算，推測(cè)鏡頭前的障礙物是否為足球。這些方法極大降低了對(duì)足球位置判斷的速度和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決了高度較低的視覺足球機(jī)器人在近距離情況下對(duì)足球位置的判斷問題，能夠簡(jiǎn)便有效的完成對(duì)足球位置的連續(xù)判斷和定位，有助于足球位置識(shí)別的速度和準(zhǔn)確度。

本發(fā)明要求攝像頭安裝在足球機(jī)器人側(cè)面，攝像頭主光軸與與機(jī)器人主體橫截面(圓形或類圓形)的一條直徑共線且平行于地面。借此設(shè)定，攝像頭采集的圖像中的水平中線將對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中恒定的高度，并且此恒定高度等于攝像頭主光軸高度。

本發(fā)明要求機(jī)器人視覺系統(tǒng)不再以足球整體或局部顏色作為跟蹤定位目標(biāo)，而是捕捉攝像頭圖像中的水平中線與足球輪廓圓形邊緣的交叉點(diǎn)，并以此作為特征追蹤點(diǎn)予以鎖定和追蹤趨近。在趨近中足球機(jī)器人不斷調(diào)整方向，使得追蹤點(diǎn)被保持在圖像畫面的正中位置附近，直至觸碰發(fā)生。本技術(shù)考慮并利用以下兩個(gè)特性：1、足球?yàn)榍蝮w，在任何角度的投影都是圓形，所以不論足球機(jī)器人與足球的相對(duì)位置如何，足球攝像頭所采集到的足球影相都將呈正圓形，都會(huì)有前文所述的交叉點(diǎn)(特征追蹤點(diǎn))存在，并且這一特征點(diǎn)容易被捕捉；2、在實(shí)踐中，足球機(jī)器人的橫截面積大致相當(dāng)或大于足球的橫截面積。這樣，當(dāng)足 球機(jī)器人攝像頭邊緣無限接近足球切點(diǎn)邊緣時(shí)，足球機(jī)器人主體與足球之間的觸碰將已經(jīng)發(fā)生。

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：可以在任何時(shí)候都可以捕捉到所需的特征追蹤點(diǎn)，并且可以持續(xù)鎖定跟蹤直至趨近觸碰。在此過程中，足球機(jī)器人無需其他傳感器，也無需切換算法通過對(duì)足球的其他性狀(例如顏色，花紋等等)進(jìn)行推斷。有效減少判斷時(shí)間，提高反應(yīng)速度，增加判斷的準(zhǔn)確性，并為主控芯片節(jié)約運(yùn)算資源。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。

圖1和圖2分別表示原有技術(shù)下，趨近方式的側(cè)視圖和俯視圖。其中，1、足球球體；2、足球機(jī)器人主體；3、足球機(jī)器人內(nèi)嵌攝像頭；4、虛線框內(nèi)代表近距離時(shí)攝像頭取景視野；6、攝像頭光線主軸方向。

圖3，圖4和圖5分別表示本發(fā)明提出的趨近技術(shù)下，趨近方式的側(cè)視圖(圖3)，俯視圖(圖4)以及觸碰時(shí)俯視圖(圖5)。其中，1、足球球體；2、足球機(jī)器人主體；3、足球機(jī)器人內(nèi)嵌攝像頭；4、虛線框內(nèi)代表近距離時(shí)攝像頭取景視野；5、攝像頭取景視野的水平中線；6、攝像頭光線主軸方向；7、球體投影輪廓邊緣與取景水平中線的交叉點(diǎn)；8、機(jī)器人與球體觸碰點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施中的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行清楚，完整地描述。

參閱圖3，機(jī)器人視覺采集系統(tǒng)中鏡頭的主光軸需要與地面平行，攝像頭主光軸6與機(jī)器人主體橫截面(圓形或類圓形)的一條直徑共線。借此設(shè)定，攝像頭采集的圖像中的水平中線5將對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中恒定的高度，并且此恒定高度等于攝像頭主光軸高度。同時(shí)，由于主光軸6與直徑共線，通過機(jī)體橫截面中心，則沿主光軸前進(jìn)或后退將直接引領(lǐng)機(jī)器人整體2的前進(jìn)或后退。

本發(fā)明不采用普通的視覺追蹤技術(shù)(圖2)。在普通的視覺追蹤技術(shù)中，機(jī)器人靠近足球時(shí)，取景框4內(nèi)將呈現(xiàn)連續(xù)的足球1表面，需要更換其他視覺識(shí)別策略或用其他傳感器繼續(xù)對(duì)球的位置進(jìn)行追蹤。

本發(fā)明要求視覺追蹤點(diǎn)不放在球體上，而是持續(xù)鎖定足球邊緣(圖3)，捕捉特征點(diǎn)為采集圖像水平中線5與圖像中足球輪廓圓形邊緣的交叉點(diǎn)7，并持續(xù)鎖定交叉點(diǎn)7和追蹤趨近。

本發(fā)明要求在趨近中足球機(jī)器人不斷調(diào)整機(jī)體2方向，使得追蹤點(diǎn)7被保持在圖像畫面4的中間位置附近，直至觸碰8(圖5)發(fā)生。

在趨近過程中，可以選擇兩種趨近方式：1、持續(xù)趨近交叉點(diǎn)7，由于機(jī)器人2的橫截面積與足球1橫截面積大致相等或略大于足球1。在鏡頭3持續(xù)趨近交叉點(diǎn)7的過程中，會(huì)提前產(chǎn)生碰撞8(圖5)；2、或可根據(jù)交叉點(diǎn)7附近的球體輪廓曲率推算球心位置，向主光軸6的側(cè)向移動(dòng)進(jìn)行趨近。方式1比方式2更 節(jié)省運(yùn)算資源，反應(yīng)速度更塊，但移動(dòng)略有距離增長(zhǎng)。方式2比方式1的趨近方式移動(dòng)距離更短，但需要增加主控芯片的運(yùn)算量，而且對(duì)球心判斷取決于球體輪廓曲率的計(jì)算，有一定誤差。

本發(fā)明可以搭配多攝像同協(xié)同使用，使得更容易捕捉到特征追蹤點(diǎn)7。