基于3D视觉的无人超市移动机器人关键技术研究
发布时间：2023-01-13 17:54
近年来,“新零售”由于其方便快速的购物模式受到人们的热烈欢迎。“无人超市”作为“新零售”的发展趋势之一,受到了极大的关注。然而,目前投入运营的“无人超市”都是片面的“无店员的自助超市”,即在没有店员参与的情况下由顾客本人通过手机与超市信息化系统交互自助完成整个购物过程。调研显示,无人类店员、无需顾客亲临购物的真正“无人超市”是未来超市行业的重要发展方向,近年来的公开报道显示,国外领先的物流机器人公司开始研制各种超市机器人,如超市盘点机器人、超市店员机器人等,正朝着掌握真正“无人超市”的关键核心技术的目标而努力。国内“无人超市”机器人的研发起步相对稍晚,与国外的技术差距较大,迫切需要加大投入。为此,本文围绕基于3D视觉的超市自主移动机器人的建图、导航和商品检测等关键技术的方向展开研究,具体的工作如下:首先,在建图方面,针对现有的视觉SLAM算法无法直接构建用于后续导航的栅格地图的问题,提出了一种基于ORBSLAM2算法的二维栅格地图构建方法。完成二维栅格地图构建后通过融合QR码信息对栅格地图中的货架位置和形状进行修正并对其进行语义赋值,完成了基于视觉的二维语义地图构...
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 移动机器人同步定位与建图技术的研究现状
1.2.2 移动机器人自主定位导航技术的研究现状
1.2.3 货架商品检测技术的研究现状
1.3 论文研究内容及组织结构
第二章 基于VSLAM的二维栅格地图构建方法研究
2.1 视觉SLAM原理基础
2.1.1 视觉里程计
2.1.2 后端优化
2.1.3 回环检测
2.2 ORB_SLAM2 的算法分析与研究
2.2.1 运动跟踪与位姿估计
2.2.2 局部地图构建
2.2.3 回环检测与优化
2.3 基于视觉SLAM的二维栅格地图构建方法
2.3.1 相机的选择与标定
2.3.2 基于三维点云的二维栅格地图构建方法研究
2.4 实验与结果分析
2.4.1 实验设置
2.4.2 结果与分析
2.5 本章小结
第三章 融合QR码的超市语义地图构建方法研究
3.1 超市环境分析
3.2 基于标签的语义地图构建方法研究
3.2.1 二维码原理及语义内容设计
3.2.2 二维码检测方法研究
3.2.3 融合二维码的语义地图构建方法
3.3 自研移动机器人平台介绍
3.3.1 移动机器人信息采集模块
3.3.2 移动机器人运动控制模块
3.3.3 机器人软件平台
3.4 实验与结果分析
3.4.1 实验设置
3.4.2 结果与分析
3.5 本章小结
第四章 基于深度学习的商品检测方法研究
4.1 YOLO_v3 算法介绍
4.1.1 YOLO_v3 基本原理
4.1.2 YOLO_v3 基础网络结构
4.1.3 YOLO_v3 损失函数
4.2 货架商品样本采集与增强
4.2.1 样本采集
4.2.2 样本增强
4.3 商品检测方案设计
4.3.1 商品检测方案
4.3.2 商品检测指标
4.4 实验与结果分析
4.4.1 实验设置
4.4.2 结果与分析
4.5 本章小结
第五章 无人超市移动机器人导航系统设计与实现
5.1 全局路径规划算法研究
5.1.1 Dijkstra全局路径规划算法
5.1.2 A*全局路径规划算法
5.1.3 基于A*算法的全局路径规划改进算法
5.1.4全局路径规划仿真实验
5.2 局部轨迹规划算法研究
5.2.1 TEB轨迹规划算法原理
5.2.2 TEB算法的各项约束目标函数
5.3 基于ROS的移动机器人导航系统设计与实现
5.3.1 基于VSLAM的机器人实时位姿计算
5.3.2 代价地图生成
5.3.3 导航关键参数配置
5.3.4 移动机器人导航系统实现
5.3.5 导航系统测试实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]资本关注下的AGV市场[J]. 张颖川. 物流技术与应用. 2019(03)
[2]基于QR码的视觉导航AGV系统[J]. 徐庆,徐志伟,杜晓峰. 传感器与微系统. 2019(02)
[3]新零售——无人超市对传统零售业的冲击与启示[J]. 邓文豪. 中国集体经济. 2018(32)
[4]仓储作业中AGV的定位导航方法研究[J]. 阳樊,汪婷婷. 科学技术创新. 2018(24)
[5]基于惯导和视觉定位的AGV仓储机器人[J]. 朱士光,张帆,张聪. 中国新技术新产品. 2018(03)
[6]基于栅格地图的遗传算法路径规划[J]. 徐美清,孙晨亮. 科技信息. 2011(31)
[7]基于针孔模型的双目视觉标定误差仿真分析[J]. 张鹏炜,张智诠,胡磊,栾胜. 电光与控制. 2009(12)
[8]初始聚类中心优化的k-means算法[J]. 袁方,周志勇,宋鑫. 计算机工程. 2007(03)
博士论文
[1]面向机器人操作的目标检测与抓取规划研究[D]. 郭迪.清华大学 2016
[2]基于词袋模型的图像分类算法研究[D]. 吴丽娜.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]两轮自平衡机器人自主移动系统设计和应用[D]. 王泉.武汉科技大学 2018
[2]结合模板匹配与单样本深度学习的货架商品定位与识别技术研究[D]. 朱柳依.浙江大学 2018
[3]基于Kinect的室内静态SLAM研究与实现[D]. 陈鸿燕.北京化工大学 2017
[4]基于磁钉阵列的AGV导航系统设计及其路径规划技术研究[D]. 宋智.华中科技大学 2017
[5]移动机器人避障与轨迹规划[D]. 余冬冬.浙江大学 2017
[6]基于RGB-D摄像机的同步定位与建图研究[D]. 辛冠希.哈尔滨工业大学 2016
[7]基于机器视觉的自主式救援机器人的研究[D]. 周鹏程.东南大学 2016
[8]自动化立体仓库中单AGV的路径规划研究与实现[D]. 史太露.安徽理工大学 2015
本文编号：3730596
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 移动机器人同步定位与建图技术的研究现状
1.2.2 移动机器人自主定位导航技术的研究现状
1.2.3 货架商品检测技术的研究现状
1.3 论文研究内容及组织结构
第二章 基于VSLAM的二维栅格地图构建方法研究
2.1 视觉SLAM原理基础
2.1.1 视觉里程计
2.1.2 后端优化
2.1.3 回环检测
2.2 ORB_SLAM2 的算法分析与研究
2.2.1 运动跟踪与位姿估计
2.2.2 局部地图构建
2.2.3 回环检测与优化
2.3 基于视觉SLAM的二维栅格地图构建方法
2.3.1 相机的选择与标定
2.3.2 基于三维点云的二维栅格地图构建方法研究
2.4 实验与结果分析
2.4.1 实验设置
2.4.2 结果与分析
2.5 本章小结
第三章 融合QR码的超市语义地图构建方法研究
3.1 超市环境分析
3.2 基于标签的语义地图构建方法研究
3.2.1 二维码原理及语义内容设计
3.2.2 二维码检测方法研究
3.2.3 融合二维码的语义地图构建方法
3.3 自研移动机器人平台介绍
3.3.1 移动机器人信息采集模块
3.3.2 移动机器人运动控制模块
3.3.3 机器人软件平台
3.4 实验与结果分析
3.4.1 实验设置
3.4.2 结果与分析
3.5 本章小结
第四章 基于深度学习的商品检测方法研究
4.1 YOLO_v3 算法介绍
4.1.1 YOLO_v3 基本原理
4.1.2 YOLO_v3 基础网络结构
4.1.3 YOLO_v3 损失函数
4.2 货架商品样本采集与增强
4.2.1 样本采集
4.2.2 样本增强
4.3 商品检测方案设计
4.3.1 商品检测方案
4.3.2 商品检测指标
4.4 实验与结果分析
4.4.1 实验设置
4.4.2 结果与分析
4.5 本章小结
第五章 无人超市移动机器人导航系统设计与实现
5.1 全局路径规划算法研究
5.1.1 Dijkstra全局路径规划算法
5.1.2 A*全局路径规划算法
5.1.3 基于A*算法的全局路径规划改进算法
5.1.4全局路径规划仿真实验
5.2 局部轨迹规划算法研究
5.2.1 TEB轨迹规划算法原理
5.2.2 TEB算法的各项约束目标函数
5.3 基于ROS的移动机器人导航系统设计与实现
5.3.1 基于VSLAM的机器人实时位姿计算
5.3.2 代价地图生成
5.3.3 导航关键参数配置
5.3.4 移动机器人导航系统实现
5.3.5 导航系统测试实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]资本关注下的AGV市场[J]. 张颖川. 物流技术与应用. 2019(03)
[2]基于QR码的视觉导航AGV系统[J]. 徐庆,徐志伟,杜晓峰. 传感器与微系统. 2019(02)
[3]新零售——无人超市对传统零售业的冲击与启示[J]. 邓文豪. 中国集体经济. 2018(32)
[4]仓储作业中AGV的定位导航方法研究[J]. 阳樊,汪婷婷. 科学技术创新. 2018(24)
[5]基于惯导和视觉定位的AGV仓储机器人[J]. 朱士光,张帆,张聪. 中国新技术新产品. 2018(03)
[6]基于栅格地图的遗传算法路径规划[J]. 徐美清,孙晨亮. 科技信息. 2011(31)
[7]基于针孔模型的双目视觉标定误差仿真分析[J]. 张鹏炜,张智诠,胡磊,栾胜. 电光与控制. 2009(12)
[8]初始聚类中心优化的k-means算法[J]. 袁方,周志勇,宋鑫. 计算机工程. 2007(03)
博士论文
[1]面向机器人操作的目标检测与抓取规划研究[D]. 郭迪.清华大学 2016
[2]基于词袋模型的图像分类算法研究[D]. 吴丽娜.北京交通大学 2013
硕士论文
[1]两轮自平衡机器人自主移动系统设计和应用[D]. 王泉.武汉科技大学 2018
[2]结合模板匹配与单样本深度学习的货架商品定位与识别技术研究[D]. 朱柳依.浙江大学 2018
[3]基于Kinect的室内静态SLAM研究与实现[D]. 陈鸿燕.北京化工大学 2017
[4]基于磁钉阵列的AGV导航系统设计及其路径规划技术研究[D]. 宋智.华中科技大学 2017
[5]移动机器人避障与轨迹规划[D]. 余冬冬.浙江大学 2017
[6]基于RGB-D摄像机的同步定位与建图研究[D]. 辛冠希.哈尔滨工业大学 2016
[7]基于机器视觉的自主式救援机器人的研究[D]. 周鹏程.东南大学 2016
[8]自动化立体仓库中单AGV的路径规划研究与实现[D]. 史太露.安徽理工大学 2015
本文编号：3730596
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