基于视觉的多自主移动机器人动态编队技术研究

目的：针对多自主移动机器人动态编队过程中，机器人产生的位置和角度误差问题，提出一整套基于视觉相机的空间坐标计算方法。方法：首先搭建出一套相机测距定位系统，介绍系统中各部分的构成及对应的职能；其次，构建出三位空间坐标系，详细介绍坐标系中关键数据的测算过程和计算公式；最后，搭建出含有多自主移动机器人的编队系统，对上述坐标角度计算方法进行测试和验证。结果：实验结果表明，机器人坐标角度的计算符合设计预期，良好地实现了整个编队过程。结论：基于视觉的多自主移动机器人动态编队技术符合工程应用要求。

工业生产中， 如何利用机器人完成定位和抓取一直是一个热门话题[1] [2]。

倪鹤鹏等人提出基于时间与物品位置的图像去重复算法，旨在判断去除重复图像信息[3]；陈海永等人提出定位起始点和判断位置的视觉控制算法，在保持较好鲁棒性的前提下实现精确定位控制[4]。上述文献在研究过程中，解决了图像提取、处理工作，实现了精准定位的功能。这些功能技术不仅仅可以适用于工业中的机器人抓取动作上，还能够在多机器人动态编队中发挥一定的价值。

多机器人系统主要研究由多个机器人组成的队伍通过相互协调配合，完成单一机器人难以实现的复杂操作，因而其适用范围更为广泛[5]。原魁等人介绍了在机器人编队系统中的编队控制问题[6]。Balch T等人提出了基于行为的编队控制算法[7]；杨丽等人提出了未知环境下的多机器人动态编队控制方法，将全局控制问题转化为各个机器人的自我调整问题[8]。

在多机器人动态编队过程中，由于机器人是存在于空间中的三维物体，因此许多工业中的视觉定位技术在应用时无法直接套用。为了解决此问题，本文在前人研究基础上设计出能基于视觉的多自主移动机器人动态编队定位技术。通过创建视觉三维坐标系，仅需将相机捕捉到的关键点数据发给云端进行处理计算，就能获得目标机器人的中心点坐标和面朝角度。将相应数据与理想路径数据进行对比，得到位置及角度误差，并通过基站控制进行误差调整，使整个动态编队过程表现出较好的鲁棒性。

2. 相机测距定位系统的搭建 整个系统包含有MCU、智能相机和多个参与编队的自主移动机器人，如图1 所示。

智能相机拍射范围可网络化为5 × 6 的阵列， 机器人放置在网络的中心位置。

其中在编队时每个机器人按照匀速v 的速度运动；机器人运动过程中首先经过智能相机，根据本文设计的算法，允许智能相机自上而下正对机器人运动区域，也允许智能相机位于机器人运动区域侧方，以倾斜的角度拍摄记录区域内的机器人位置情况；数据传输至MCU 后，MCU 根据捕捉到的相应数据算出目标运动机器人中心点M的坐标()MMM, , xyz、机器人在编队过程中产生的摆放角度误差eθ ， 最后根据计算得到的最终应在的目标位置坐标。