【摘要】：移動機器人的自主定位導(dǎo)航功能始終是科研工作者的研究熱點之一。有別于環(huán)境的標志物是移動機器人完成自主定位導(dǎo)航的基礎(chǔ)。因人工路標的形狀、顏色等可事先設(shè)定,布置靈活、易提取而成為移動機器人實現(xiàn)自主定位導(dǎo)航的首選。本文針對試驗室等室內(nèi)環(huán)境中屋頂結(jié)構(gòu)較復(fù)雜等情況,設(shè)計了一種基于人工路標的移動機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。為在此導(dǎo)航系統(tǒng)下實現(xiàn)移動機器人的自主導(dǎo)航,本文做了以下研究工作:1.對差速驅(qū)動輪式移動機器人進行了運動學(xué)分析,基于此,設(shè)計了基于人工路標的移動機器人的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)相機小孔成像原理和所設(shè)計的移動機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng),建立了基于單目視覺的移動機器人定位模型。2.考慮到人工路標與背景間有較明顯的對比度,為降低日光燈等高光對人工路標的干擾,設(shè)計了基于HSV的人工路標區(qū)域提取算法,并通過計算區(qū)域面積、輪廓周長及圓形度實現(xiàn)對人工路標輪廓的提取,最終通過對人工路標輪廓的擬合實現(xiàn)了對其特征——中心的提取。3.針對相機的成像特點,通過對相機的標定,獲得了相機的內(nèi)參矩陣和畸變向量。在此基礎(chǔ)上,利用相機的已知參數(shù)得到了諸如鏡頭最小度數(shù)、視場角等相機參數(shù)。依據(jù)相機的標定結(jié)果及其它已知條件,完成了基于人工路標的移動機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的搭建。4.針對所設(shè)計的視覺導(dǎo)航系統(tǒng),推導(dǎo)了移動機器人定位算法。為了提高移動機器人的定位精度,基于移動機器人的定位算法,對所搭建的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如相機相對移動機器人的位置和姿態(tài)(簡稱位姿)（？）及人工路標的位置進行了標定。5.根據(jù)試驗用移動機器人XAUT·AGV100設(shè)計了基于LabVIEW的移動機器人自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),并在所搭建的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)下完成了移動機器人跟蹤“L”型軌跡的控制試驗,并分析了移動機器人在�？奎c的實際位姿誤差產(chǎn)生的主要原因。試驗結(jié)果驗證了論文所設(shè)計的基于人工路標的移動機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)可為移動機器人實現(xiàn)自主導(dǎo)航提供參考,同時也證明,所設(shè)計的人工路標特征提取算法可有效實現(xiàn)對人工路標輪廓的提取。
【圖文】：

圖1-1 Minerva教娛機器人Fig.1-1 Minerva Edutainment Robot美國宇航局研制出了第一代火星漫游機器人，并成功著陸火星【1器人的成功應(yīng)用開啟了人類利用這項技術(shù)進行太空探測的先河。，，研制出了第二代漫游機器人，并在 Lavic 湖的湖床和巖漿流上進的試驗效果。2003 年，NASA先后發(fā)射了火星探測機器人“機遇”示），并成功著陸火星【1】。這使得人類得以將感知和行動延伸人的研究及使用達到了一個新的高度。

這使得人類得以將感知和行動延伸到火星，標志著移動機器人的研究及使用達到了一個新的高度。圖1-2 火星探測機器人Fig.1-2 Mars Exploration Robot1999 年美國 Cybermotion 公司為陸軍研制了 MDARS-I 室內(nèi)安保機器人。之后，研發(fā)了室外型機器人“MDARS-E”（如圖 1-3 所示）【14】。該機器人上安裝了立體攝像機、超聲波傳感器、激光掃描儀及用于慣性導(dǎo)航的傳感器，控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)對其進行運動規(guī)劃及控制。2017 年，Boston Dynamics 公司發(fā)布了最新款的輪式移動機器人“Handle”【15】（如圖1-4 所示），它集腿和輪子于一體，能在雪地、山路和草地等坑坑洼洼的地形上行走。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41;TP242

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2534930