基于视觉的机器人目标跟踪系统的研究
发布时间：2021-02-08 19:08
随着科技的进步,服务型机器人作为机器人技术集成的代表,其发展正在走向智能化和自主化。跟随型机器人作为服务型机器人的一种,能够在与目标没有物理接触的情况下自主完成连续的跟随动作,并与目标保持一定的距离,其在特殊人群（残障、老年人）辅助、物流搬运、军事运输等领域有着重要应用。基于视觉的跟随机器人可以适应复杂的工作环境,且识别准确度远远高于其他检测方式,所以基于视觉引导的跟随型机器人是今后的发展趋势。但是,如何在硬件资源有限的情况下,同时达到视觉跟随系统的准确性与实时性仍然是研究的难点。以上述现状为契机,本文基于嵌入式硬件平台,设计了一种基于单目视觉的自主跟随机器人,本文针对机器人的载体结构、目标识别算法和运动控制策略开展相关研究工作,具体研究内容如下:首先,结合实际功能需求对跟随机器人的机械结构及控制系统结构进行设计,对相关硬件进行选型和配置,并搭建开发环境。其次,通过使用AprilTags标记识别方式,简化目标特征以提高目标的识别率。并针对原目标识别算法在本嵌入式平台上运行效率较低,以及目标在局部遮挡时,识别效果欠佳的情况,对原算法进行改进。通过选取最佳分辨率,并采用局部搜索方式减少系统...
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 目标跟随机器人发展概况
1.3 目标跟踪技术研究现状
1.4 机器人视觉跟随系统的关键问题
1.5 论文主要研究内容与章节安排
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 本文章节安排
第二章 需求分析与方案设计
2.1 需求分析
2.2 方案设计
2.2.1 滑台机构设计
2.2.2 行进机构设计
2.2.3 控制系统结构设计
2.3 远程调试单元
2.4 图像采集处理单元
2.5 电机及控制器
2.5.1 滑台控制单元
2.5.2 行进控制单元
2.5.3 电机控制器
2.6 本章小结
第三章 目标检测算法改进
3.1 跟踪目标的简化
3.2 AprilTags识别算法
3.3 算法实时性优化
3.3.1 最佳分辨率调整
3.3.2 划分局部搜索区域
3.4 融合Haar特征的AprilTags标签检测算法
3.4.1 Haar-like特征
3.4.2 Haar-like特征提取
3.4.3 级联分类器的训练
3.4.4 识别效果测试
3.5 本章小结
第四章 机器人跟随控制策略
4.1 视觉测距
4.2 滑台机构控制策略
4.3 行进运动控制策略
4.3.1 直行控制
4.3.2 转向控制
4.3.3 转向补偿控制
4.4 整体控制流程图
4.5 本章小结
第五章 实验测试与分析
5.1 机器人实物介绍
5.2 目标检测效果测试与分析
5.3 跟随效果测试
5.4 实验结果分析
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
个人简介
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种视觉引导的作业型飞行机器人设计[J]. 王营华,宋光明,刘盛松,连杰,孙慧玉,宋爱国. 机器人. 2019(03)
[2]基于Kinect移动机器人导航设计与实现[J]. 许志强,翟漪璇,韩金鑫,颜义鹏,成怡. 科技视界. 2018(16)
[3]从Big Dog到Spot Mini:波士顿动力四足机器人进化史[J]. 刘京运. 机器人产业. 2018(02)
[4]一种双模控制的自主跟随机器人系统设计[J]. 徐军,杨雄,陈怡佳,马静. 自动化仪表. 2018(03)
[5]四旋翼无人机自主移动降落方法研究[J]. 贾配洋,彭晓东,周武根. 计算机科学. 2017(S2)
[6]基于Apriltags改进算法的无人机移动目标识别与跟踪[J]. 贾配洋,彭晓东,沈菲菲,高辰,周武根. 电子设计工程. 2017(17)
[7]轮式移动机器人单目视觉的目标测距方法[J]. 肖大伟,翟军勇. 计算机工程. 2017(04)
[8]MicroPython语言在物联网中的运用[J]. 林贤炼,方遒. 闽江学院学报. 2017(02)
[9]地面可移动服务机器人发展现状[J]. 李瑞峰,李汉舟. 导航与控制. 2017(01)
[10]基于特定特征识别的运动视觉跟踪系统设计[J]. 杨阳. 现代电子技术. 2017(02)
博士论文
[1]水下机器人前视声呐多目标跟踪技术研究[D]. 马珊.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]小型足球机器人软件系统设计及轨迹学习[D]. 赵越.浙江大学 2015
[2]手持式机器人控制器的关键技术研究[D]. 胡飞.沈阳理工大学 2013
本文编号：3024393
【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 目标跟随机器人发展概况
1.3 目标跟踪技术研究现状
1.4 机器人视觉跟随系统的关键问题
1.5 论文主要研究内容与章节安排
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 本文章节安排
第二章 需求分析与方案设计
2.1 需求分析
2.2 方案设计
2.2.1 滑台机构设计
2.2.2 行进机构设计
2.2.3 控制系统结构设计
2.3 远程调试单元
2.4 图像采集处理单元
2.5 电机及控制器
2.5.1 滑台控制单元
2.5.2 行进控制单元
2.5.3 电机控制器
2.6 本章小结
第三章 目标检测算法改进
3.1 跟踪目标的简化
3.2 AprilTags识别算法
3.3 算法实时性优化
3.3.1 最佳分辨率调整
3.3.2 划分局部搜索区域
3.4 融合Haar特征的AprilTags标签检测算法
3.4.1 Haar-like特征
3.4.2 Haar-like特征提取
3.4.3 级联分类器的训练
3.4.4 识别效果测试
3.5 本章小结
第四章 机器人跟随控制策略
4.1 视觉测距
4.2 滑台机构控制策略
4.3 行进运动控制策略
4.3.1 直行控制
4.3.2 转向控制
4.3.3 转向补偿控制
4.4 整体控制流程图
4.5 本章小结
第五章 实验测试与分析
5.1 机器人实物介绍
5.2 目标检测效果测试与分析
5.3 跟随效果测试
5.4 实验结果分析
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
个人简介
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种视觉引导的作业型飞行机器人设计[J]. 王营华,宋光明,刘盛松,连杰,孙慧玉,宋爱国. 机器人. 2019(03)
[2]基于Kinect移动机器人导航设计与实现[J]. 许志强,翟漪璇,韩金鑫,颜义鹏,成怡. 科技视界. 2018(16)
[3]从Big Dog到Spot Mini:波士顿动力四足机器人进化史[J]. 刘京运. 机器人产业. 2018(02)
[4]一种双模控制的自主跟随机器人系统设计[J]. 徐军,杨雄,陈怡佳,马静. 自动化仪表. 2018(03)
[5]四旋翼无人机自主移动降落方法研究[J]. 贾配洋,彭晓东,周武根. 计算机科学. 2017(S2)
[6]基于Apriltags改进算法的无人机移动目标识别与跟踪[J]. 贾配洋,彭晓东,沈菲菲,高辰,周武根. 电子设计工程. 2017(17)
[7]轮式移动机器人单目视觉的目标测距方法[J]. 肖大伟,翟军勇. 计算机工程. 2017(04)
[8]MicroPython语言在物联网中的运用[J]. 林贤炼,方遒. 闽江学院学报. 2017(02)
[9]地面可移动服务机器人发展现状[J]. 李瑞峰,李汉舟. 导航与控制. 2017(01)
[10]基于特定特征识别的运动视觉跟踪系统设计[J]. 杨阳. 现代电子技术. 2017(02)
博士论文
[1]水下机器人前视声呐多目标跟踪技术研究[D]. 马珊.哈尔滨工程大学 2016
硕士论文
[1]小型足球机器人软件系统设计及轨迹学习[D]. 赵越.浙江大学 2015
[2]手持式机器人控制器的关键技术研究[D]. 胡飞.沈阳理工大学 2013
本文编号：3024393
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3024393.html
