基于构建地图的手势控制移动机器人

发布时间：2017-05-03 20:03

  本文关键词：基于构建地图的手势控制移动机器人，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：互联网技术和人工智能技术的迅猛发展推动了机器人技术的发展和更新,机器人不再只应用于工业领域,更为轻巧、灵活,更为智能的小型服务机器人进入视野,当前服务机器人技术发展蓬勃,多功能智能家用机器人正成为家用机器人研究领域的热点。它可以实现室内自主巡视、异常状况检测、日常数据收集及数据分析以及实现与人的简单互动等。自主导航技术包括地图构建、定位、路径规划、避障和行程控制等,它通过自身携带的里程计和外部传感设备实现室内地图的构建、室内的定位、障碍物的规避和自动巡视等任务。人机交互就是要实现人与机器人的互动,包括语音交互和手势交互等,它是语音识别技术和计算机视觉中手势识别技术的综合应用。本论文的工作将侧重于如下方面。首先,对于现有的手势识别算法进行介绍与分析,包括基于神经网络、基于隐马尔科夫模型以及基于几何特征等三大类方法,我们选取基于几何特征的方法,以轮廓和凸包为基础,结合深度学习PCANet的模型,设计出较为高效的手势识别算法,并将其实现到机器人的实际应用中,开发出相对稳定与精简的手势人机交互技术,从而对机器人实现基本的运动控制。其次,本论文的另一个工作是对SLAM问题进行分析和改进,SLAM问题的本质是环境地图的构建,它是自主导航技术中的关键一环,目前研究人员就地图构建问题提出许多成熟理论和算法,而机器人系统中的实际应用还不够成熟,本文将对目前较为成熟并得到广泛应用和改进的基于Rao-Blackwellized粒子滤波的SLAM算法进行分析,并进行优化,重点在于粒子数目的自适应选取,并且结合栅格将其应用的机器人系统中。最终,我们将本论文所做的工作在机器人上进行整合,实现手势技术和导航技术的简单融合,将SLAM所构建地图加载到ROS中,通过手势控制机器人运动,运用系统的导航包在运动中实现MCL进行场景定位和避障等功能。
【关键词】：机器人 人工智能 手势识别 PCANet SLAM
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 本论文研究内容及组织结构13-14
• 1.4 论文的主要创新点14-16
• 2 机器人RoS系统16-20
• 2.1 ROS系统概述及发展16
• 2.2 ROS系统架构16-19
• 2.2.1 文件系统级17-18
• 2.2.2 计算图级18-19
• 2.2.3 开源社区级19
• 2.3 本章小结19-20
• 3 基于轮廓与PCANet的手势识别技术20-35
• 3.1 手势识别技术分类20-21
• 3.1.1 基于传感设备的手势识别20-21
• 3.1.2 基于计算机视觉的手势识别21
• 3.2 手势识别算法概述21-25
• 3.2.1 基于神经网络的识别算法21-22
• 3.2.2 基于隐马尔科夫模型的手势识别22-23
• 3.2.3 基于模板匹配的手势识别23-24
• 3.2.4 指尖检测识别算法24-25
• 3.3 基于轮廓凸包与PCANet的手势识别算法25-34
• 3.3.1 图像预处理25-27
• 3.3.2 轮廓提取27-28
• 3.3.3 基于凸包算法的指尖提取与手势识别28-31
• 3.3.4 通过PCANet识别手势31-33
• 3.3.5 轮廓凸包与PCANet的结合33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 机器人地图构建技术35-56
• 4.1 机器人自定位35-42
• 4.1.1 卡尔曼滤波定位算法35-38
• 4.1.2 粒子滤波定位算法38-42
• 4.2 移动机器人的SLAM结构与实现方法42-45
• 4.2.1 移动机器人SLAM结构43
• 4.2.2 地图表示43-44
• 4.2.3 不确定信息处理44
• 4.2.4 关联数据44
• 4.2.5 机器人定位44-45
• 4.3 基于Rao-Blackwellization的SLAM算法45-49
• 4.3.1 Rao-Blackwellization分解45-46
• 4.3.2 通过EKF构建地图46-48
• 4.3.3 基于特征地图的SLAM算法48-49
• 4.4 基于栅格地图的SLAM49-55
• 4.4.1 栅格地图的表示50-53
• 4.4.2 基于栅格地图的SLAM算法53-54
• 4.4.3 栅格地图的SLAM改进54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 机器人总体设计与实现56-68
• 5.1 系统实现平台56-58
• 5.2 手势识别与控制的仿真与实现58-61
• 5.3 移动机器人SLAM仿真与实现61-67
• 5.3.1 基于特征地图的SLAM仿真61-63
• 5.3.2 基于栅格地图的SLAM仿真与实现63-65
• 5.3.3 系统的综合实现65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 个人简历74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 冯志全;蒋彦;;手势识别研究综述[J];济南大学学报(自然科学版);2013年04期

2 张良国,吴江琴,高文,姚鸿勋;基于Hausdorff距离的手势识别[J];中国图象图形学报;2002年11期

  本文关键词：基于构建地图的手势控制移动机器人，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：343632