本發(fā)明涉及一種基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng)。
背景技術(shù):
戶外拓展運(yùn)動(dòng)中,緬甸橋?yàn)槌S玫囊粋€(gè)項(xiàng)目,在該項(xiàng)目中,設(shè)置有3條平行布置的主鋼索,其中1條在下,用于行走,另兩條在上,用于學(xué)員的兩手抓??;該項(xiàng)目能鍛煉學(xué)員的膽略、身體協(xié)調(diào)能力,而且集刺激、驚險(xiǎn)和趣味性等于一體;為安全起見(jiàn),在高空設(shè)置一條保險(xiǎn)用的鋼索,鋼索上垂下安全帶系在學(xué)員腰部,但是,這種安全帶較重,且安全帶與頂部的鋼索之間摩擦較大,因此,這種安全保護(hù)裝置給學(xué)員帶來(lái)極大的負(fù)擔(dān)和不便。
另外,在某些裝配車間中,也需要設(shè)置跟隨系統(tǒng),為裝配人員提供最便捷的服務(wù)。
因此,有必要設(shè)計(jì)一種新的基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng),該基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)巧妙,能自動(dòng)跟隨,自動(dòng)化程度高。
發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
一種基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng),包括安全頭盔、導(dǎo)軌和設(shè)置在導(dǎo)軌上的行走車;
安全頭盔上設(shè)有發(fā)光模塊;
行走車底部設(shè)有連接桿;連接桿的下端設(shè)有光強(qiáng)檢測(cè)裝置;
光強(qiáng)檢測(cè)裝置具有一個(gè)圓弧面;所述的圓弧面上設(shè)有多個(gè)光強(qiáng)傳感器;光強(qiáng)檢測(cè)裝置用于檢測(cè)各光強(qiáng)傳感器從發(fā)光模塊獲得的光強(qiáng)量;
行走車上設(shè)有電池、電路板和用于驅(qū)動(dòng)行走車的電機(jī);電路板上集成有MCU和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路;電池為電路板及電機(jī)供電;
MCU能根據(jù)光強(qiáng)檢測(cè)裝置檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)確定目標(biāo)物相對(duì)行走車的角度,并基于該角度控制行走車的行走,實(shí)現(xiàn)行走車對(duì)目標(biāo)物的自動(dòng)跟隨;
所述的目標(biāo)物為佩戴安全頭盔的人體。
多個(gè)光強(qiáng)傳感器沿圓弧面的周向等間距布置。
導(dǎo)軌為2條,且平行布置,行走車設(shè)置在導(dǎo)軌上,行走車底部設(shè)有至少4個(gè)行走輪;行走車能沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。
行走車底部與目標(biāo)物之間設(shè)有起安全作用的繩索;繩索的上端連接行走車,繩索的下端用于連接目標(biāo)物,一般是接人體的安全背心的腰部或肩背部或胸腹部。
電路板上設(shè)有檢測(cè)電路;所述的檢測(cè)電路包括多選一切換開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器;
多個(gè)光強(qiáng)傳感器分別接多選一切換開(kāi)關(guān)的多個(gè)輸入端;多選一切換開(kāi)關(guān)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端;A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接MCU的信號(hào)輸入端口;多選一切換開(kāi)關(guān)的通道選擇端接MCU的IO端。
多選一切換開(kāi)關(guān)為16選一的切換開(kāi)關(guān);多選一切換開(kāi)關(guān)的通道選擇端為4個(gè)。
所述的MCU為單片機(jī)、DSP或ARM處理器。
行走車的前端或底部設(shè)有監(jiān)控?cái)z像頭。
行走輪為4個(gè);2條導(dǎo)軌之間設(shè)有多根橫梁,橫梁與導(dǎo)軌垂直;多根橫梁等間距均勻布置;所述的行走車底部設(shè)有吊環(huán),繩索的上端與吊環(huán)鉸接。
所述電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
另外,行走車上還設(shè)有太陽(yáng)能電池板以及充電電路,能通過(guò)太陽(yáng)能為電池充電,節(jié)能環(huán)保。
繩索為彈性伸縮的繩索。
弧面的角度為A,A優(yōu)選為90°或180°,即四分之一圓形或半圓;控制方法如下:
步驟1:光強(qiáng)檢測(cè):
MCU通過(guò)多選一切換開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器,輪詢(依次循環(huán))檢測(cè)每一個(gè)光強(qiáng)傳感器獲得的光強(qiáng)信號(hào);找出最強(qiáng)光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)傳感器i;
步驟2:計(jì)算目標(biāo)物相對(duì)于行走車的角度;
所述的角度為
a=(i-1)*A/(N-1);其中N為光強(qiáng)傳感器的總個(gè)數(shù);角度單位為度;
以水平方向?yàn)榱愣龋灰詧D3中最左邊的一個(gè)光強(qiáng)傳感器為第1個(gè);最右的為第N個(gè);且第一個(gè)設(shè)置在0度位置上,第N個(gè)設(shè)置在最大角度位置上。
步驟3:計(jì)算需要行走的距離S;
S=L*tan(a);其中tan(.)為正切函數(shù),L為導(dǎo)軌到目標(biāo)物的垂直距離;一般L是恒定的,為常數(shù)。
步驟4:MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S;再返回步驟1,進(jìn)行下一輪控制。
行走輪上設(shè)有碼盤,從而能記錄行走車的行走距離?;蛘咝凶呗飞显O(shè)有定位模塊(如GPS模塊而后北斗模塊),可以計(jì)算行走距離。
另外,飛行器也可以采用這種自動(dòng)跟隨系統(tǒng)。
本發(fā)明的檢測(cè)原理:
發(fā)光模塊為向四周均勻發(fā)出光線,因此,距離發(fā)光模塊最近,且方向正對(duì)的那個(gè)光強(qiáng)傳感器獲得的光強(qiáng)最大;由此可以檢測(cè)到目標(biāo)物相對(duì)于檢測(cè)模塊的角度。
繩索的上設(shè)有傾角傳感器;傾角傳感器與電路板上的MCU連接;傾角傳感器為數(shù)字式傳感器,傾角傳感器輸出傾角數(shù)據(jù)到MCU的輸入接口;所述的電池為動(dòng)力鋰電池。
另一種實(shí)施方式如下:
一種基于機(jī)器視覺(jué)的位置檢測(cè)模組,包括機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)裝置和設(shè)置在目標(biāo)物上的發(fā)光模塊;
機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)裝置包括安裝平臺(tái)、云臺(tái)和相機(jī);
云臺(tái)通過(guò)連接桿設(shè)置在安裝平臺(tái)的底部或前端;相機(jī)安裝在云臺(tái)上;
安裝平臺(tái)上設(shè)有電池和電路板;在電路板上設(shè)有MCU和存儲(chǔ)器;MCU與存儲(chǔ)器相連;電池為電路板供電;
相機(jī)用于獲取圖像并將該圖像傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器中;發(fā)光模塊即目標(biāo)點(diǎn)的成像位于該圖像中;
MCU對(duì)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的圖像進(jìn)行處理,并計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與安裝平臺(tái)的水平距離。
所述的安裝平臺(tái)為設(shè)置在導(dǎo)軌上的行走車。
發(fā)光模塊設(shè)置在目標(biāo)物佩戴的安全頭盔上。
MCU對(duì)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的圖像進(jìn)行處理的步驟如下:
步驟1:分離目標(biāo)點(diǎn);
通過(guò)邊緣檢測(cè)技術(shù)或閾值分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)P的分離;因?yàn)槟繕?biāo)點(diǎn)的亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他像素的亮度,因此,優(yōu)選閾值分割技術(shù);閾值的選擇為基于經(jīng)驗(yàn)選擇。
步驟2:確定目標(biāo)點(diǎn)圖像坐標(biāo);
分離出的目標(biāo)點(diǎn)位于一個(gè)包含多個(gè)像素的連通區(qū)域,對(duì)該連通區(qū)域的邊緣像素進(jìn)行圓擬合,獲得的圓心即為目標(biāo)點(diǎn)的圖像坐標(biāo);
步驟3:計(jì)算發(fā)光模塊與安裝平臺(tái)的水平距離;
以O(shè)為圖像的中心點(diǎn);該中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)安裝平臺(tái)的位置;
計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)P與O點(diǎn)之間的水平像素個(gè)數(shù)N;
發(fā)光模塊距離安裝平臺(tái)的水平距離S=k*N;k為比例系數(shù)。由于導(dǎo)軌與目標(biāo)物之間的高度基本上是不變的,則k為常數(shù)。
一種基于機(jī)器視覺(jué)的實(shí)時(shí)防護(hù)系統(tǒng),包括導(dǎo)軌、繩索以及前述的位置檢測(cè)模組;
在行走車上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)安裝平臺(tái)平移的電機(jī);電機(jī)由電池驅(qū)動(dòng);電路板中設(shè)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路;
繩索的上端連接行走車,繩索的下端用于連接作為目標(biāo)物的人體。一般是接人體的安全背心的腰部或肩背部或胸腹部。
導(dǎo)軌為2條,且平行布置,行走車設(shè)置在導(dǎo)軌上,行走車底部設(shè)有至少4個(gè)行走輪;行走車能沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。
所述的MCU為單片機(jī)、DSP或ARM處理器。
行走車的前端或底部設(shè)有監(jiān)控?cái)z像單元(用于獲取實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像,該攝像單元為普通的攝像單元,不用于確定目標(biāo)物位置)。
行走輪為4個(gè);2條導(dǎo)軌之間設(shè)有多根橫梁(7),橫梁與導(dǎo)軌垂直;多根橫梁等間距均勻布置;所述的行走車底部設(shè)有吊環(huán)(4),繩索的上端與吊環(huán)鉸接。
所述電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
總體步驟:
步驟A:基于圖像處理計(jì)算發(fā)光模塊到安裝平臺(tái)的水平距離S;
步驟B:MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S;再返回步驟A,進(jìn)行下一輪控制。
有益效果:
本發(fā)明的基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng),具有以下功能:
(1)行走車由電機(jī)驅(qū)動(dòng),且沿著軌道行走,運(yùn)行順暢,不會(huì)為學(xué)員帶來(lái)負(fù)擔(dān);
(2)行走車具備智能性,能基于光強(qiáng)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)判斷目標(biāo)物位置,從而自動(dòng)行走,自動(dòng)化程度高。
具體來(lái)講,若角度(相對(duì)于水平方向)較小,說(shuō)明學(xué)員在行走車前方較遠(yuǎn),則起動(dòng)電機(jī),驅(qū)動(dòng)行走車向前行走,緊跟學(xué)員。
(3)可靠性高。
即使電池故障,不能驅(qū)動(dòng)行走車,學(xué)員較小的拉力也能帶動(dòng)行走車行走。
(4)采用雙導(dǎo)軌,多輪行走,穩(wěn)定性好。
(5)行走車底部設(shè)有吊環(huán),專門用于與繩索鉸接,連接方便。
(6)頭盔不能能保護(hù)人體的頭部,還能發(fā)送光訊號(hào)。
綜上所述,這種基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng)構(gòu)思巧妙,安全性高,使用方便,自動(dòng)化程度高。
附圖說(shuō)明
圖1為基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為行走車與導(dǎo)軌配合示意圖;
圖3為光強(qiáng)檢測(cè)示意圖;
圖4為控制系統(tǒng)的電原理框圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1-行走車,2-行走輪,3-導(dǎo)軌,4-吊環(huán),5-光強(qiáng)傳感器,6-繩索,7-橫梁,8-電池,9-電路板,10-電機(jī),11-光強(qiáng)檢測(cè)裝置,12-連接桿,13-安全頭盔,14-發(fā)光模塊。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
實(shí)施例1:如圖1~4,一種基于光強(qiáng)檢測(cè)的自動(dòng)跟隨系統(tǒng),包括安全頭盔13、導(dǎo)軌3和設(shè)置在導(dǎo)軌上的行走車1;
安全頭盔上設(shè)有發(fā)光模塊14;
行走車底部設(shè)有連接桿12;連接桿的下端設(shè)有光強(qiáng)檢測(cè)裝置11;
光強(qiáng)檢測(cè)裝置具有一個(gè)圓弧面;所述的圓弧面上設(shè)有16個(gè)光強(qiáng)傳感器5;光強(qiáng)檢測(cè)裝置用于檢測(cè)各光強(qiáng)傳感器從發(fā)光模塊獲得的光強(qiáng)量;
行走車上設(shè)有電池8、電路板9和用于驅(qū)動(dòng)行走車的電機(jī)10;電路板上集成有MCU和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路;電池為電路板及電機(jī)供電;
MCU能根據(jù)光強(qiáng)檢測(cè)裝置檢測(cè)的光強(qiáng)信號(hào)確定目標(biāo)物相對(duì)行走車的角度,并基于該角度控制行走車的行走,實(shí)現(xiàn)行走車對(duì)目標(biāo)物的自動(dòng)跟隨;
所述的目標(biāo)物為佩戴安全頭盔的人體。
多個(gè)光強(qiáng)傳感器沿圓弧面的周向等間距布置。
導(dǎo)軌為2條,且平行布置,行走車設(shè)置在導(dǎo)軌上,行走車底部設(shè)有4個(gè)行走輪2;行走車能沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。
行走車底部與目標(biāo)物之間設(shè)有起安全作用的繩索6;繩索的上端連接行走車,繩索的下端用于連接目標(biāo)物,一般是接人體的安全背心的腰部或肩背部或胸腹部。
電路板上設(shè)有檢測(cè)電路;所述的檢測(cè)電路包括多選一切換開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器;
多個(gè)光強(qiáng)傳感器分別接多選一切換開(kāi)關(guān)的多個(gè)輸入端;多選一切換開(kāi)關(guān)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端;A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接MCU的信號(hào)輸入端口;多選一切換開(kāi)關(guān)的通道選擇端接MCU的IO端。
多選一切換開(kāi)關(guān)為16選一的切換開(kāi)關(guān);多選一切換開(kāi)關(guān)的通道選擇端為4個(gè)。
所述的MCU為單片機(jī)、DSP或ARM處理器。
行走車的前端或底部設(shè)有監(jiān)控?cái)z像頭。
2條導(dǎo)軌之間設(shè)有多根橫梁7,橫梁與導(dǎo)軌垂直;多根橫梁等間距均勻布置;所述的行走車底部設(shè)有吊環(huán)4,繩索的上端與吊環(huán)鉸接。
所述電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
另外,行走車上還設(shè)有太陽(yáng)能電池板以及充電電路,能通過(guò)太陽(yáng)能為電池充電,節(jié)能環(huán)保。
繩索為彈性伸縮的繩索。
弧面的角度為A,A為180°,即半圓;控制方法如下:
步驟1:光強(qiáng)檢測(cè):
MCU通過(guò)多選一切換開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器,輪詢(依次循環(huán))檢測(cè)每一個(gè)光強(qiáng)傳感器獲得的光強(qiáng)信號(hào);找出最強(qiáng)光強(qiáng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)傳感器i;
步驟2:計(jì)算目標(biāo)物相對(duì)于行走車的角度;
所述的角度為
a=(i-1)*180°/15;;角度單位為度;
以水平方向?yàn)榱愣龋灰詧D3中最左邊的一個(gè)光強(qiáng)傳感器為第1個(gè);最右的為第16個(gè);
步驟3:計(jì)算需要行走的距離S;
S=L*tan(a);其中tan(.)為正切函數(shù),L為導(dǎo)軌到目標(biāo)物的垂直距離;一般L是恒定的,作為常數(shù)。
步驟4:MCU驅(qū)動(dòng)行走車向前行走S;再返回步驟1,進(jìn)行下一輪控制。
行走輪上設(shè)有碼盤,從而能記錄行走車的行走距離?;蛘咝凶呗飞显O(shè)有定位模塊(如GPS模塊而后北斗模塊),可以計(jì)算行走距離。