基于人工路标的移动机器人自主定位和导航方法研究

发布时间：2019-09-12 05:57

【摘要】：移动机器人的自主定位导航功能始终是科研工作者的研究热点之一。有别于环境的标志物是移动机器人完成自主定位导航的基础。因人工路标的形状、颜色等可事先设定,布置灵活、易提取而成为移动机器人实现自主定位导航的首选。本文针对试验室等室内环境中屋顶结构较复杂等情况,设计了一种基于人工路标的移动机器人视觉导航系统。为在此导航系统下实现移动机器人的自主导航,本文做了以下研究工作:1.对差速驱动轮式移动机器人进行了运动学分析,基于此,设计了基于人工路标的移动机器人的视觉导航系统。根据相机小孔成像原理和所设计的移动机器人视觉导航系统,建立了基于单目视觉的移动机器人定位模型。2.考虑到人工路标与背景间有较明显的对比度,为降低日光灯等高光对人工路标的干扰,设计了基于HSV的人工路标区域提取算法,并通过计算区域面积、轮廓周长及圆形度实现对人工路标轮廓的提取,最终通过对人工路标轮廓的拟合实现了对其特征——中心的提取。3.针对相机的成像特点,通过对相机的标定,获得了相机的内参矩阵和畸变向量。在此基础上,利用相机的已知参数得到了诸如镜头最小度数、视场角等相机参数。依据相机的标定结果及其它已知条件,完成了基于人工路标的移动机器人视觉导航系统的搭建。4.针对所设计的视觉导航系统,推导了移动机器人定位算法。为了提高移动机器人的定位精度,基于移动机器人的定位算法,对所搭建的视觉导航系统的结构参数如相机相对移动机器人的位置和姿态(简称位姿)（？）及人工路标的位置进行了标定。5.根据试验用移动机器人XAUT·AGV100设计了基于LabVIEW的移动机器人自主导航控制系统,并在所搭建的视觉导航系统下完成了移动机器人跟踪“L”型轨迹的控制试验,并分析了移动机器人在停靠点的实际位姿误差产生的主要原因。试验结果验证了论文所设计的基于人工路标的移动机器人视觉导航系统可为移动机器人实现自主导航提供参考,同时也证明,所设计的人工路标特征提取算法可有效实现对人工路标轮廓的提取。
【图文】：

火星,机器人,美国宇航局

图1-1 Minerva教娱机器人Fig.1-1 Minerva Edutainment Robot美国宇航局研制出了第一代火星漫游机器人，并成功着陆火星【1器人的成功应用开启了人类利用这项技术进行太空探测的先河。，，研制出了第二代漫游机器人，并在 Lavic 湖的湖床和岩浆流上进的试验效果。2003 年，NASA先后发射了火星探测机器人“机遇”示），并成功着陆火星【1】。这使得人类得以将感知和行动延伸人的研究及使用达到了一个新的高度。

火星探测,机器人

这使得人类得以将感知和行动延伸到火星，标志着移动机器人的研究及使用达到了一个新的高度。图1-2 火星探测机器人Fig.1-2 Mars Exploration Robot1999 年美国 Cybermotion 公司为陆军研制了 MDARS-I 室内安保机器人。之后，研发了室外型机器人“MDARS-E”（如图 1-3 所示）【14】。该机器人上安装了立体摄像机、超声波传感器、激光扫描仪及用于惯性导航的传感器，控制系统根据传感器的数据对其进行运动规划及控制。2017 年，Boston Dynamics 公司发布了最新款的轮式移动机器人“Handle”【15】（如图1-4 所示），它集腿和轮子于一体，能在雪地、山路和草地等坑坑洼洼的地形上行走。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41;TP242

【参考文献】