ТРЕХКОЛЕСНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ РОБОТ С КАМЕРОЙ

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам.
Известно транспортное средство (патент РФ №89837 U1 МПК B62D 57/00, 2009 г.), характеризующееся тем, содержит платформу с соединенными с ней двумя ведущими колесами, приводимыми в движение электродвигателями, блок управления, поворотное устройство с установленными на нем камерой и двумя источниками лазера, причем поворотное устройство осуществляет вращение в горизонтальной плоскости и представляющей собой мотор-редуктор, к валу которого присоединена панель, предназначенная для крепления на ней камеры и источников лазера. Источники лазера установлены таким образом, что лучи лазера направлены параллельно друг другу и параллельно поверхности, на которой установлено транспортное средство и проходят на одинаковом от нее расстоянии. Камера установлена между источников лазера так, что на снимке, сделанном камерой, видны проекции лучей лазера на поверхность, перпендикулярную направлению лучей, в определенном диапазоне расстояний от камеры до указанной поверхности, зависящем от условий освещенности и разрешающей способности камеры. Определение положения транспортного средства относительно окружающих предметов производится посредством анализа изображений полученных камерой, в ходе которого определяется изменение расстояния на изображениях между проекциями лучей лазера, связанное с искажением перспективой; пользуясь тем, что указанное изменение расстояния пропорционально изменению расстояния между объективом камеры и поверхностью, на которую проецируются лучи лазера, производится вычисление изменения расстояния до указанной поверхности; так же, пользуясь тем, что расстояние на изображении между проекциями лучей лазера связано зависимостью с расстоянием между объективом камеры и поверхностью, на которую проецируются лучи лазера, производится вычисление расстояния до указанной поверхности. Произведение определения расстояния во время вращения поворотного устройства в горизонтальной плоскости позволяет составить виртуальную карту препятствий и осуществлять определение местоположения транспортного средства относительно некоторого препятствия, которое принимается за начало отсчета. Пользуясь информацией из виртуальной карты препятствий, определяется маршрут перемещения транспортного средства, следование которому позволяет избежать столкновения с препятствиями.
Недостатком данного технического решения является невозможность детектировать препятствия, расположенные целиком выше или ниже плоскости, в которой производится вращение камеры и источников лазера, а так же невозможность выявления наличия у найденных препятствий выступающих частей, в случае, если эти части находятся целиком выше или ниже плоскости, в которой производится вращение камеры и источников лазера, что приводит к возможности столкновения с препятствием при следовании маршруту, составленному с использованием виртуальной карты препятствий.
Задача полезной модели - придать устройству возможность детектировать препятствия, расположенные целиком выше или ниже плоскости, в которой производится вращение камеры и источников лазера, а так же возможность выявления наличия у найденных препятствий выступающих частей, даже если эти части находятся целиком выше или ниже плоскости, в которой производится вращение камеры и источников лазера.
Задача решается тем, что трехколесный мобильный робот с камерой содержит корпус, колеса приводимые во вращение реверсивными приводами постоянного тока, закрепленными на корпусе, пассивное колесо закрепленное на корпусе, блок управления, закрепленное на корпусе подъемно-поворотное устройство, представляющее собой мотор-редуктор, на валу которого закреплен барабан, на который наматывается трос, перекинутый через блок, закрепленный на некоторой высоте над корпусом, причем другой конец троса соединен с платформой, способной перемещаться в вертикальном направлении по направляющим, на которой закреплено поворотное устройство, представляющее собой мотор-редуктор, к валу которого присоединена панель, предназначенная для крепления на ней камеры и двух источников лазера. Источники лазера установлены таким образом, что лучи лазера направлены параллельно друг другу и параллельно поверхности, на которой установлен трехколесный мобильный робот с камерой и проходят на одинаковом от нее расстоянии. Камера установлена между источников лазера так, что на снимке, сделанном камерой, видны проекции лучей лазера на поверхность, перпендикулярную направлению лучей, в определенном диапазоне расстояний от камеры до указанной поверхности, зависящем от условий освещенности и разрешающей способности камеры. Поиск препятствий и определение их формы производится путем анализа изображений, поступающих с камеры в процессе ее вращения поворотным устройством, причем после того как камера поворачивается поворотным устройством на угол 180 градусов мотор-редуктор, на валу которого закреплен барабан вращает барабан таким образом, что платформа, способная перемещаться в вертикальном направлении по направляющим перемещается вверх на некоторое расстояние, после чего поворотное устройство продолжает вращение камеры, но в противоположном направлении. Таким образом, анализу подвергаются изображения, полученные с разной высоты, что позволяет оценить форму препятствий и обнаружить препятствия, находящиеся целиком выше или ниже плоскости, в которой изначально находится камера. Пользуясь тем, что расстояние на изображении между проекциями лучей лазера связано зависимостью с расстоянием между объективом камеры и поверхностью, на которую проецируются лучи лазера, производится вычисление расстояния до указанной поверхности. Произведение определения расстояний до препятствий во время вращения и подъема камеры в горизонтальной плоскости позволяет составить виртуальную трехмерную карту препятствий и осуществлять определение местоположения транспортного средства относительно некоторого препятствия, которое принимается за начало отсчета. Пользуясь информацией из виртуальной трехмерной карты препятствий, определяется маршрут перемещения транспортного средства, следование которому позволяет избежать столкновения с препятствиями.
На фиг.1 и 2 изображен общий вид трехколесного мобильного робота с камерой.
Трехколесный мобильный робот с камерой состоит из корпуса 1, колес 2 приводимых во вращение реверсивными приводами постоянного тока 3, закрепленными на корпусе 1, пассивного колеса 4 закрепленного на корпусе 1, мотор-редутора, на валу которого закреплен барабан 5, на который наматывается трос, перекинутый через блок 6, закрепленный на корпусе 1 и расположенный на некоторой высоте над корпусом 1, причем другой конец троса соединен с платформой 7, способной перемещаться в вертикальном направлении по направляющим 8, на которой закреплен мотор-редуктор 9, к валу которого присоединена панель, на которой установлена камера 10 и два источника лазера 11 и закрепленного на корпусе 1 блока управления 12.
Трехколесный мобильный робот с камерой работает следующим образом.
До начала движения мотор-редуктор, на валу которого закреплен барабан 5 начинает вращать барабан, разматывая трос, и платформу 7 под действием силы тяжести скользит по направляющим 8 в низ и приводится в нижнее положение. После этого мотор-редуктор 9 начинает поворачивать панель, на которой установлена камера 10 и два источника лазера 11. В течении времени, когда мотор-редуктор 9 поворачивает панель, на которой установлена камера 10 и два источника лазера 11, изображения, поступающие с камеры, обрабатываются блоком управления 12, с целью определить расстояние до препятствий, на которые спроецированы лучи лазера источников лазера 11. Определение расстояния до препятствий по изображению, возможно благодаря тому, что расстояние на изображении между проекциями лучей лазера связано зависимостью с расстоянием между объективом камеры 10 и поверхностью, на которую проецируются лучи лазера. После того как панель, на которой установлена камера 10 и два источника лазера 11 повернута мотор-редуктором 9 на 180 градусов мотор редуктор 9 перестает ее поворачивать. В этот момент мотор-редуктор, на валу которого закреплен барабан 5 начинает вращать барабан, наматывая трос, при этом платформа 7 начинает движение вверх. После того, как платформа 7 переместится на некоторое расстояние вверх мотор-редуктор, на валу которого закреплен барабан 5 перестает вращать барабан. После этого мотор-редуктор 9 начинает поворачивать панель, на которой установлена камера 10 и два источника лазера 11 в сторону, противоположную той, в какую мотор-редуктор 9 поворачивал панель до этого. При этом изображения, поступающие с камеры, обрабатываются блоком управления 12, с целью определить расстояние до препятствий, на которые спроецированы лучи лазера источников лазера 11. Описанные выше действия повторяются до тех пор, пока панель, на которой установлена камера 10 и два источника лазера 11 не окажется в верхнем положении. По результатам обработки изображений составляется виртуальная трехмерная карта препятствий. Пользуясь информацией из виртуальной трехмерной карты препятствий, определяется маршрут перемещения робота, следование которому позволяет избежать столкновения с препятствиями. Поле этого блок управления начинает управлять реверсивными приводами постоянного тока 3 вращающими колеса 2, таким образом, чтобы перемещение робота соответствовало маршруту. Через некоторое время трехколесный мобильный робот с камерой останавливается и повторяет все описанные выше действия.
Использование трехколесного мобильного робота с камерой позволит уменьшить число столкновений с препятствиями за счет возможности детектирования препятствий расположенных на различных высотах, причем максимальная высота расположения препятствия, при которой препятствие будет детектировано, определяется значением максимальной высоты, на которую способна подняться платформа 7, а минимальная высота расположения препятствия, при которой препятствие будет детектировано, определяется значением минимальной высоты, на которую способна опуститься платформа 7.