本文關(guān)鍵詞：一種基于光流傳感器的移動機(jī)器人定位方法

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【摘要】：隨著智能化時代的到來,移動機(jī)器人在各個行業(yè)的應(yīng)用和需求越來越大。移動機(jī)器人要完成預(yù)設(shè)的任務(wù),前提是獲得自己的位置和姿態(tài),因此機(jī)器人的定位問題是機(jī)器人領(lǐng)域的一個基礎(chǔ)研究問題。其中,基于視覺技術(shù)的移動機(jī)器人導(dǎo)航定位是目前機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個熱門,視覺是機(jī)器人獲得周圍世界信息的重要來源,它可以為機(jī)器人提供周圍豐富的環(huán)境信息。隨著計算機(jī)視覺技術(shù)的不斷發(fā)展,視覺感知設(shè)備層出不窮,光流傳感器作為一種新型的視覺傳感器,已經(jīng)開始應(yīng)用在測程、距離估計、高度保持、垂直降落等多種導(dǎo)航任務(wù)中。本文主要研究內(nèi)容是基于機(jī)器視覺中的光流算法平面流模型,研究移動機(jī)器人在室內(nèi)的短距離定位問題。在定位系統(tǒng)中,基于視覺傳感器的定位裝置成為定位系統(tǒng)研究的一個熱點方向。作為一種視覺傳感器,傳統(tǒng)的光流傳感器都是基于光電鼠標(biāo)主芯片加上鏡頭模塊的二次開發(fā)制作而成,但是受光照要求高,安裝距離離地面近等因素限制,應(yīng)用范圍比較窄。本文采用了一種新型的光流傳感器,對光照的要求比較低,并且沒有了緊貼地面的限制,大大擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍,因此基于它搭建了新型的定位裝置,研究了它在室內(nèi)移動機(jī)器人的定位方面的應(yīng)用。本文的主要工作如下：首先,研究了現(xiàn)有的光流算法的基本數(shù)學(xué)原理并分析了它在導(dǎo)航定位方面的應(yīng)用,分析了目前存在的主要的光流傳感器的性能和它在導(dǎo)航定位方面的應(yīng)用,本文建立了光流算法平面流模型用于定位,仿真結(jié)果證明它有很高的定位精度。其次,為了驗證在移動機(jī)器人上的光流模型定位的可行性,綜合考慮到經(jīng)濟(jì)性和魯棒性,本文以三個光流傳感器為例,搭建了定位模型的驗證平臺,為了同步采集三個傳感器的測量數(shù)據(jù),采用了美國賽普拉斯的微處理器作為數(shù)據(jù)采集模塊。然后,在搭建數(shù)據(jù)采集模塊之后,開發(fā)了數(shù)據(jù)采集模塊的各個軟件部分：數(shù)據(jù)采集程序的設(shè)計、驅(qū)動程序的設(shè)計、上位機(jī)用戶應(yīng)用程序和軌跡推算程序的設(shè)計,實現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)的同步采集和處理。最后,在搭建的硬件平臺上面,做了移動機(jī)器人的定位驗證室內(nèi)實驗。移動機(jī)器人按照預(yù)定的軌跡移動,通過數(shù)據(jù)采集模塊將三個傳感器的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)缴衔粰C(jī)保存、處理,室內(nèi)實驗驗證了理論模型的可行性。
【關(guān)鍵詞】：移動機(jī)器人 光流 傳感器 定位
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 移動機(jī)器人定位技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 移動機(jī)器人定位技術(shù)概述11-13
• 1.2.2 移動機(jī)器人定位技術(shù)的研究難點13
• 1.3 光流算法定位研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 光流算法簡介及分類13-15
• 1.3.2 光流法在移動機(jī)器人定位中的應(yīng)用15-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 2 基于光流法的導(dǎo)航定位算法原理20-31
• 2.1 光流算法20-21
• 2.2 平面光流模型21-23
• 2.3 光流傳感器定位模型運(yùn)動學(xué)分析23-27
• 2.3.1 坐標(biāo)系定義23-25
• 2.3.2 移動機(jī)器人定位幾何關(guān)系分析25-27
• 2.4 基于光流傳感器模型定位的仿真27-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 基于光流算法的硬件裝置搭建31-45
• 3.1 基于多傳感器的系統(tǒng)整體方案31-32
• 3.2 移動機(jī)器人平臺32
• 3.3 光流傳感器模塊32-34
• 3.3.1 圖像采集模塊33-34
• 3.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊34
• 3.4 數(shù)據(jù)采集模塊34-44
• 3.4.1 CY7C68013A微處理器35-38
• 3.4.2 CPU結(jié)構(gòu)38-39
• 3.4.3 存儲器39-42
• 3.4.4 I/O系統(tǒng)接口42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 4 數(shù)據(jù)采集和處理各個模塊的軟件設(shè)計45-63
• 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計45-46
• 4.1.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計原理45-46
• 4.1.2 軟件設(shè)計思路46
• 4.2 固件程序設(shè)計46-59
• 4.2.1 開發(fā)包工具簡介46-47
• 4.2.2 固件程序開發(fā)47-51
• 4.2.3 實現(xiàn)I2C數(shù)據(jù)通信的幾個主要子函數(shù)定義51-59
• 4.3 驅(qū)動程序開發(fā)59-61
• 4.3.1 驅(qū)動程序介紹59-60
• 4.3.2 LabVIEW平臺下的驅(qū)動程序設(shè)計60-61
• 4.4 上位機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)61-62
• 4.4.1 光流數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計61-62
• 4.4.2 移動機(jī)器人定位程序設(shè)計62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 5 基于光流傳感器的移動機(jī)器人的定位的室內(nèi)實驗63-65
• 5.1 室內(nèi)實驗63-64
• 5.2 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

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本文編號：558995