轮式倒立摆机器人视觉轨迹跟踪系统研究

发布时间：2021-09-23 07:35

　　近年来,对无人车驾驶、图像识别、跟踪智能系统等机器人视觉轨迹跟踪的需求越来越高,引起了诸多人的关注。基于视觉的机器人轨迹跟踪系统具有多变量、强耦合、非线性、自主性等特点。因此,对基于视觉的运动目标轨迹跟踪问题进行研究具有理论和实际的意义。本文设计了倒立摆机器人视觉轨迹跟踪系统,通过将视觉控制与轨迹跟踪控制相结合来引导机器人运动至期望轨迹。首先,针对分类器因分类不准确而造成跟踪漂移的情况介绍了多实例目标跟踪方法。将多个训练样本放在一个训练包中,通过对训练包进行标签的方式获得训练分类器,实现对测试包分类预测的目的。其次,为了实现跟踪机器人导航制导目的,提出了视线跟踪的方法。通过获取航向和距离信息来设计双闭环PID控制器,以提取跟踪机器人的期望轨迹。利用轨迹线性化方法设计轨迹跟踪控制器,得到开环的逆系统,并根据所需输出得到所需输入。而在闭环系统中对误差进行调节。然后根据开环的期望输入和闭环误差输入求得系统最终的输入。最后综合以上两部分设计实现了视觉轨迹跟踪系统,并对结果进行分析。实验结果显示:应用多实例目标跟踪的方法,即使目标存在遮挡的情况,跟踪器始终能在较短的时间内找到跟踪目标,表明该方法... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．?２?Ｂｅａｇｌｅｂｏｎｅ?Ｂｌａｃｋ倒立摆机器人??Ｆｉｇ．２．２?Ｂｅａｇｌｅｂｏｎｅ?Ｂｌａｃｋ?ｉｎｖｅｒｔｅｄ?ｐｅｎｄｕｌｕｍ?ｒｏｂｏｔ??－８?－??

?轮式倒立摆机器人视觉轨迹跟踪系统研究???２．?３．?２机商人运动彳ｆｄ制系统??机器人轨迹跟踪系统需要实时的数据采集，包括车身倾角、车轮速度、车轮角速度??等信息。??机器人运动控制子系统基于Ｂｅａｇｌｅｂｏｎｅ?Ｂｌａｃｋ开发板，该开发板使用ＡＭ３３５８处理??器。如图２．?４所示，处理器集成了高达１ＧＨｚ的ＡＲＭ?Ｃｏｒｔｅｘ－Ａ８内核，３２ＫＢ指令缓存??和３２ＫＢ数据缓存，配备４ＧＢ?ｅＭＭＣ闪存和５１２ＭＢ?ＤＤＲ３?ＳＤＲＡＭ内存，在图像处理、??外设等方面进行了增强，并且提供了非常丰富的外设接口。Ｂｅａｇｌｅｂｏｎｅ?Ｂｌａｃｋ开发板的??应用场景特别广泛，在打印机、智能家居、医疗器械、工业自动化、游戏设备等方面都??有涉猎。??１?［〒；１?丨；｜?十叫）Ｉ?ＪＴＡＯｔＰａ，?｜??上，酿??＼ｈ＾＼?丨??图２．４?Ｂｅａｇｌｅｂｏｎｅ?Ｂｌａｃｋ核心开发板??Ｆｉｇ．２．４?Ｂｅａｇｌｅｂｏｎｅ?Ｂｌａｃｋ?ｃｏｒｅ?ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ?ｂｏａｒｄ??（１）姿态信息的获取??在两个车轮运动期间，车身在车轮滚动的方向上倾斜，使车轮在该方向上产生加速??度，消除这个方向上的倾斜趋势就能保持直立平衡。通过陀螺仪传感器测量车身的倾斜??角和角速度，通过控制车轮的加速度以消除倾角。控制方案如图２．５所示。??＾?卜轨迹跟踪控制器｜?＞倒立摆机器人；??－１－１－?ＭＰＵ６０５０传感器?＜一??图２．５倾角控制框图??Ｆｉｇ．２．５?Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ??－１０?－??

?轮式倒立摆机器人视觉轨迹跟踪系统研宄???ｍ?ｐｉ??（ａ）第９帧?（ｂ）第８０帧??Ｈ?醒??（ｃ）第１３１帧?（ｄ）第２１８帧??图４２?ＭＩＬ实验结果??Ｆｉｇ．?４．２?ＭＩＬ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ??在实验中，轻轻移动目标，并选择第９症第８０症第１３１桢和第２１８帧的图像??序列进行比较。可以看出，在目标从左到右移动过程中，跟踪器始终能找到跟踪目标，??并未出现漂移的情况。??在接下来的实验当中，考虑了光照、遮挡、距离等外在因素，适当增加了目标的移??动速度。设置搜索半径ｓ＝３５，正样本的采样半径《＝７，以及负样本的采样半径／?＝?２０，??卜５５，?７７?＝?〇－９５。实验结果如下：??－５０?－??

【参考文献】：
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本文编号：3405305