高速巡线机器人

Question

如何设计仅使用相机传感器但速度较高的巡线机器人？我目前正在使用 opencv 库来处理帧并从中计算转向角。但在更高的速度下，由于路径变化很快，给定的方法不起作用。

附注是否有适合此应用程序的特定相机？

Answer 1

它应该是一个复杂的系统，并且值得一本好的科学出版物。所以这是一个非常简单的答案。

当您考虑算法时，重要的是要理解，它始终是交易。您可以获得 FPS 小且分辨率差的相机，但随后您可以遵循具有大转弯半径的更平滑的路线。

或者，如果您需要跟随一些急转弯的疯狂曲线，您应该获得好的相机，或者可能很少有相机。

首先我们假设以下条件：

0. 您需要带有单摄像头或线传感器的解决方案。
1. 线条为深色，背景为浅色。
2. 机器人速度为 25mph。
3. 我们还有两个参数：
   • 厚度 - 我们希望最大化厚度变化。
   • 转弯半径 - 我们希望最小化转弯半径。

我们开始了。

在顶层，您的系统看起来像是带有负面反馈的块。

您的情况：

• 反馈是相对于中心的线偏角...和机器人速度。
• 输出信号是转向和所需的机器人速度。我认为最好是放慢机器人速度，然后失败并松开线路。

通常为了实现平稳反应，您应该使用 PID 控制器，有时（在航天工业中）贝尔曼方程。

机器人

你的机器人大概是这样的：

1. 它接受线偏角。
2. 它通过转向PID
计算所需的转向
3. 可能会发生这样的情况，您应该降低速度，这就是为什么您可能需要诸如最大速度计算器
之类的东西
4. 然后知道最大速度和当前速度，您可以计算速度误差并将其发送到推力PID。
5. 输出上的推力 PID 会形成正信号或负信号，分别告诉您的电机（或更确切地说硬件电机控制器）加速或停止。
6. 转向信号也发送至转向伺服系统。

现在有了这个模式，我们可以讨论一些算法了。

据说快速相机可以让您跟随更急的转弯。 但是转弯半径还取决于机器人的其他物理属性：质量、车轮轮胎。

相机传感器

如果我对你的机器人的理解是正确的，那么相机传感器只是几个过滤器：

1. 阈值。它可能是“大津阈值”，甚至可能是“自适应阈值”。两种方法都允许在不同的光照条件下工作。 使用

   moments
过滤器查找线的中心。只要线条是黑色的，就应该反转框架。这可以通过在上一步中传递

2. THRES_BINARY_INV 而不是 THRES_BINARY

    来实现。

   选取
   x
动量中心坐标，与框架中线比较：

3. declination = x - frame_width/2

就是这样。

这组滤波器使用非常高效的卷积算法，即使在最旧的 RPi 版本上也应该以最小的延迟工作。

如果您需要提高 FPS，您可以从顶部和底部裁剪帧。

非常急转弯

这个解决方案甚至可以处理像这样的直角转弯：

    ------
   |
   |
   ^
<robot>

您所需要的只是调整

转向PID

参数。

但它可能不适用于相机捕捉两个方向的 U 形转弯：

    --
   |  |
   |  | 
   ^
<robot>

在这种情况下，您应该减小相机的视角。

进一步改进

事实上，在最近的案例中，当你的相机可以看到整个掉头可能是一个优势。实际上，您能识别的曲线越多，您就能更好地规划机器人的运动。但它需要更强大和更昂贵的算法。

您还可以嵌入简单的

LSTM模型

来识别一些危险情况。