基于RGB-D传感器的移动服务机器人功能软件开发及应用

发布时间：2017-06-09 18:17

  本文关键词：基于RGB-D传感器的移动服务机器人功能软件开发及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目标人跟踪、交互识别等是移动服务机器人基本功能,在机场行李搬运、餐厅服务、导游服务等一类公共服务中,具有广泛的应用。基于深度视觉传感器的移动机器人目标人跟踪服务具有显著的技术优势,本文围绕公共场所复杂动态环境下机器人目标人跟踪的需求,系统研究了高可靠跟踪服务和交互识别功能软件的设计与实现。移动服务机器人系统采用Turtlebot移动机器人硬件开发平台和ROS(Robot Operating System)机器人操作系统软件开发平台,以RGB-D传感器和激光雷达传感器作为机器人感知途径,利用OpenNI软件接口和点云库PCL实现跟踪服务和交互识别功能软件的开发。论文综述了移动服务机器人相关研究和技术现状,分析了公共场所复杂动态环境下系统功能需求,设计给出了系统框架和功能软件架构。功能软件包含三个模块：目标人特征提取和检测、目标人跟踪、交互式避障跟踪应用模块。首先通过人体骨架提取和颜色直方图特征提取完成目标人信息初始化,接着进行基于HOG特征的人体检测。针对目标人跟踪需求,提出融合多特征的目标人跟踪方法,该方法将目标运动趋势估计、目标区域颜色分布统计特征和目标区域形态特征三个通道的信息进行融合,提高了动态干扰情况下的跟踪可靠性。接着论述了跟踪过程中融合RGB-D传感器和激光传感器的动态窗口法避障策略、机器人转角和转速的模糊PID控制策略,实现快速避障运动控制,同时设计了基于网络和基于手势的两种人机交互接口,有效提高了移动机器人的智能化水平。最后通过设计的运动人体目标跟踪实验,避障实验和人机交互实验对移动服务机器人系统典型服务应用进行演示评估,验证了本文方法的可靠性和实用性。
【关键词】：移动服务机器人 RGB-D传感器 人体检测 目标人跟踪 避障 人机交互
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 服务机器人交互式跟踪研究现状11-14
• 1.2.1 目标人检测与跟踪11-12
• 1.2.2 机器人避障运动控制12-13
• 1.2.3 人机交互接口13-14
• 1.3 存在的问题与难点14-15
• 1.4 论文章节安排15-17
• 第二章 移动服务机器人系统与功能软件总体设计17-27
• 2.1 系统功能需求分析17
• 2.2 系统总体设计17-22
• 2.2.1 系统框架设计18-19
• 2.2.2 系统功能软件架构设计19-22
• 2.3 系统开发与运行平台22-25
• 2.3.1 硬件平台资源22-24
• 2.3.2 软件平台资源24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 面向跟踪应用的RGB-D目标人特征提取与检测27-39
• 3.1 目标人特征提取与检测总体框架27-28
• 3.2 自动初始化目标人特征提取28-32
• 3.2.1 基于深度信息的目标人骨架提取28-30
• 3.2.2 目标人颜色直方图特征提取30-32
• 3.3 RGB-D传感器数据信息预处理32-33
• 3.3.1 统计离群值法去除噪声点32-33
• 3.3.2 体素化网格法过滤点云数据33
• 3.4 基于HOG特征的人体检测33-37
• 3.4.1 基于SVM的人体检测34-35
• 3.4.2 基于PCL的人体检测实现35-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 融合多特征的目标人跟踪方法与功能软件实现39-53
• 4.1 目标人跟踪方法总体设计39-41
• 4.2 基于运动模型的相似度计算41-44
• 4.2.1 目标人运动模型建立41-42
• 4.2.2 粒子滤波预测人体位置42-43
• 4.2.3 运动模型相似度计算43-44
• 4.3 基于颜色特征的相似度计算44-45
• 4.4 基于HOG特征的相似度计算45
• 4.5 联合似然数据关联45-47
• 4.6 目标丢失情况下搜索策略47-48
• 4.7 实验与结果分析48-52
• 4.7.1 目标人跟踪情况下的实验48-49
• 4.7.2 目标人丢失情况下的实验49-51
• 4.7.3 目标人被遮挡情况下的实验51-52
• 4.8 本章小结52-53
• 第五章 交互式避障在跟踪过程中的应用53-67
• 5.1 交互式应用总体设计53-54
• 5.2 机器人避障与导航运动过程控制54-60
• 5.2.1 动态窗口法避障56-58
• 5.2.2 机器人运动控制58-60
• 5.3 人机交互应用60-66
• 5.3.1 基于网络的交互应用61-63
• 5.3.2 手势识别与控制63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 系统开发与典型服务应用演示验证67-75
• 6.1 实验环境及系统组成67
• 6.2 移动服务机器人系统开发67-69
• 6.3 移动机器人机场行李搬运模拟实验69-74
• 6.3.1 运动人体目标跟踪实验69-72
• 6.3.2 移动机器人避障实验72-73
• 6.3.3 人机交互实验73-74
• 6.4 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 总结75
• 7.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 徐玉华;田尊华;张跃强;朱宪伟;张小虎;;自适应融合颜色和深度信息的人体轮廓跟踪[J];自动化学报;2014年08期

2 胡春旭;熊枭;任慰;何顶新;;基于嵌入式系统的室内移动机器人定位与导航[J];华中科技大学学报(自然科学版);2013年S1期

3 杨晓敏;张奇志;周亚丽;;基于Kinect深度信息的人体运动跟踪算法[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2013年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王莹;基于Kinect的Tri-tracking视频跟踪算法研究[D];大连理工大学;2012年

2 Syed Ghafoor Shah;基于立体视觉和三维激光扫描仪的无人机自主避障和导航技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

  本文关键词：基于RGB-D传感器的移动服务机器人功能软件开发及应用，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：436308