四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统和方法。本系统包括四触角履带机器人平台及其搭载的微软公司KinectXBOX360摄像机。本方法是将微软公司KinectXBOX360摄像机的获取的RGB图像和深度图像信息融合，计算出楼梯的相关参数，从而控制四履带机器人进行爬楼梯动作。本发明的实施例主要用于楼梯的参数计算，特别是在四触角履带机器人爬楼梯过程中控制四触角的位姿。
【专利说明】四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统与方法，涉及机器人视 觉，模式识别【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 移动机器人在室内或人造室外环境中具备自主识别楼梯的参数能力，对于灾害中 搜救和自主导航有重要的作用。履带机器人对地形的适应性使其特别适合用于自主爬楼梯 研究的平台。在移动机器人上搭载单目相机，双目相机，成像雷达以及激光成像设备，获取 环境信息使机器人自主导航。目前，这些传感设备不能很好的解决楼梯参数获取的功能且 设备价钱昂贵。
[0003] Kinect XB0X360是微软一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨 识、麦克风输入、语音辨识等功能。目前，Kinect XB0X360可以通过USB接口与机器人控制 器相连，是移动机器人三维视觉数据的有效来源。Kinect XB0X360是一款价格低廉的传感 设备，在机器人研究社区掀起一股研究热潮。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足和利用Kinect XB0X360体感传感器的优势，本发明 提供了一种四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统与方法，解决在四触角履带机器人爬楼 梯过程中楼梯参数获取的问题，能有效的计算出楼梯踏步的深度和高度及倾角，用于四触 角履带机器人自主爬楼梯。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的构思是：Kinect XB0X360的RGB图像和深度图像信 息融合起来，采用四触角履带机器人作为移动平台，解决在四触角履带机器人爬楼梯过程 中楼梯参数获取的问题，能有效的计算出楼梯踏步的深度和高度及倾角，用于四触角履带 机器人自主爬楼梯。
[0006] 根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案： 一种四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统，包括装有控制电脑的四触角履带机器人 和微软公司的Kinect XB0X360摄像头，其特征在于：所述微软公司的Kinect XB0X360摄像 头安装在四触角履带机器人上面，通过USB接口连接四触角履带机器人的控制电脑，获取 Kinect XB0X360摄像头对楼梯摄取的RGB彩色和深度图像经过处理信息融合，计算楼梯的 相关参数。
[0007] -种四触角履带机器人爬楼梯参数获取方法，采用上述的四触角履带机器人爬楼 梯参数获取系统进行楼梯参数计算，其特征在于：其操作步骤如下： (1)相机标定：利用张正友相机标定法，获取Kinect XB0X360摄像头的参数矩阵K :
【权利要求】
1. 一种四触角履带机器人爬楼梯参数获取系统，包括装有控制电脑的四触角履带机 器人（1)和微软公司的Kinect XB0X360摄像头（2)，其特征在于：所述微软公司的Kinect XB0X360摄像头（2 )安装在四触角履带机器人（1)上面，通过USB接口连接四触角履带机器 人（1)的控制电脑，获取Kinect XB0X360摄像头（2 )对楼梯（3 )摄取的RGB彩色和深度图 像经过处理信息融合，计算楼梯（3)的相关参数。
2. -种四触角履带机器人爬楼梯参数获取方法，采用根据权利要求1所述的基于四触 角履带机器人爬楼梯参数获取系统进行楼梯参数计算，其特征在于：其操作步骤如下： (2. 1)相机标定：利用张正友相机标定法，获取Kinect XB0X360摄像头（2)的参数矩阵 K ：
其中：f一相机的焦距；S-相机的扭曲系数；-主点偏置； (2. 2)图像获取：打开Kinect XB0X360摄像头（2)，获取Kinect XB0X360的RGB图像 和深度图像数据； (2. 3)创建各计算节点：Kinect XB0X360摄像头（2)的图像数据包含RGB图像和深度 图像，各计算节点分别从上述图像中计算与楼梯（3)相关的信息；本步骤（2. 3)包含以下计 算节点： ① 楼梯边缘提取：利用Kinect XB0X360摄像头（2)的RGB图像数据，采用霍夫变换算 法提取楼梯（3)边缘直线： -I-jrsm0| , 其中：P-图像原点到直线的距离，直线的夹角； ② 计算楼梯踏步深度V :取楼梯三个相邻边缘为基准，在图像中取20*20区域的平均深 度值作为衡量，两块区域的深度差值即楼梯（3)踏步深度J ; ③ 计算楼梯踏步高度沒:利用三角形相似性原理，解出楼梯（3)踏步高度沒.?
其中：f_相机的焦距，h-楼梯相邻两个边缘之间的图像平面中的垂直高度，dp-楼梯踏 步的垂直面的深度值； ④ 计算楼梯倾角0 ;根据步骤②和③所求出的楼梯（3)踏步深度￠/和楼梯踏步高度仏 解出楼梯（3)倾角0 :
【文档编号】G06T7/00GK104331884SQ201410590000
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】罗均, 刘恒利, 李恒宇, 蒲华燕, 谢少荣 申请人:上海大学