【摘要】：機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展日新月異,越來(lái)越多的行業(yè)引入機(jī)器人技術(shù)以提高了生產(chǎn)力或解決本領(lǐng)域內(nèi)的特定問(wèn)題。教育機(jī)器人是面向教育服務(wù)的智能化集成系統(tǒng),是融合了自然語(yǔ)言理解、語(yǔ)音識(shí)別與合成、定位與導(dǎo)航等智能技術(shù)的集成系統(tǒng),并和教育環(huán)境無(wú)縫對(duì)接,實(shí)現(xiàn)為學(xué)習(xí)者提供基于科學(xué)理論的學(xué)習(xí)引導(dǎo)及減輕教師教學(xué)負(fù)擔(dān)的目的。教育機(jī)器人是一個(gè)軟硬件集成系統(tǒng),包括了機(jī)器人硬件本體和提供各種教育服務(wù)軟件單元,其中定位與導(dǎo)航技術(shù)是為了解決機(jī)器人“在哪里?到哪里去?怎么去?”的問(wèn)題,自主導(dǎo)航技術(shù)是教育機(jī)器人提供其他教育功能的基礎(chǔ),是教育機(jī)器人區(qū)別于手機(jī)、電腦等智能設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵特征。定位技術(shù)是移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的關(guān)鍵和基礎(chǔ),目前機(jī)器人的定位技術(shù)應(yīng)用上還不成熟,機(jī)器人定位技術(shù)也是本行業(yè)的研究熱點(diǎn)。本文研究目的是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)視覺(jué)定位模塊,包括了支持定位算法研究的硬件模塊和基于視覺(jué)的定位算法部分,將移動(dòng)機(jī)器人定位功能模塊化。其中硬件模塊采用基于Raspberry PI的嵌入式系統(tǒng),定位采用了基于Kinect v1的RGB-DSLAM技術(shù)。論文的主要工作有:首先,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)支持教育機(jī)器人定位研究的基于ROS的機(jī)器人硬件模塊,以Raspberry PI作為控制器,集成了光電編碼器、超聲波雷達(dá)、Kinect v1、伺服電機(jī)、RFID等傳感器。在原型機(jī)基礎(chǔ)上,對(duì)電機(jī)進(jìn)行了 PID控制,設(shè)計(jì)了各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集接口,對(duì)Kinectv1相機(jī)進(jìn)行了標(biāo)定,最后進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)控制精確性測(cè)試,并獲得了良好的控制效果。其次,對(duì)基于特征點(diǎn)的SLAM技術(shù)進(jìn)行了研究,選定了 RGB-D SLAM作為機(jī)器人定位的研究對(duì)象。視覺(jué)里程計(jì)部分采用了二進(jìn)制的ORB特征對(duì)視頻流中關(guān)鍵幀進(jìn)行特征提取,然后使用快速近似最近鄰算法(FLANN)進(jìn)行關(guān)鍵幀的特征匹配。另外,基于RGB-D相機(jī)模型構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)方程和觀測(cè)方程,對(duì)預(yù)先采集的數(shù)據(jù)集進(jìn)行視覺(jué)里程計(jì)實(shí)驗(yàn),初步獲得了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡以及根據(jù)像素深度信息拼接形成3D地圖。最后,對(duì)生成的機(jī)器人軌跡和地圖進(jìn)行了 g2o優(yōu)化,并添加了回環(huán)檢測(cè)使三維地圖更接近真實(shí)結(jié)構(gòu)以及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡更合理。然后將SLAM算法在基于嵌入式的機(jī)器人平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),形成了基于嵌入式的機(jī)器人定位模塊。
【圖文】：

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本文編號(hào)：2675427