动态环境下仿人机器人视觉定位与运动规划方法研究

发布时间：2021-12-18 03:20

　　仿人机器人基于视觉信息感知理解环境,并根据视觉反馈规划自身运动执行复杂任务是其智能化程度的重要体现,也是其能够走向人类生活服务于人类的前提条件。目前,针对仿人机器人的视觉定位和运动规划方面的研究主要集中在简单静态环境,这些方法难以应用于人类生活的复杂动态环境中。本文针对动态环境下动态物体对视觉SLAM系统的视觉里程计估计结果产生的扰动问题和基于视觉定位的仿人机器人爬楼梯运动规划问题,重点研究动态环境下视觉里程计改进方法、动态物体分割提取方法、基于单目视觉的定位方法以及仿人机器人爬楼梯的运动规划方法。本文首先综述了仿人机器人、视觉SLAM和动态环境下的视觉SLAM国内外的研究现状,通过分析仿人机器人和动态环境下视觉SLAM系统研究需要解决的关键问题,提出本文的研究内容和主要工作。其次,针对动态环境下视觉里程计受到动态物体扰动的问题,提出了基于光流法的改进视觉里程计和动态物体聚类分割联合估计方法,通过引入光流残差提高了视觉SLAM系统对动态物体的感知能力。再次,基于实例分割算法改进了视觉里程计估计方法,根据物体动态特性分类规则将环境中的动态物体与静态环境分离。随后,针对仿人机器人的爬楼梯任... 

【文章来源】：北京建筑大学北京市

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1日本仿Fig.1-1Japaneseh

第1章绪论2人，对于仿人机器人的相关技术，特别是视觉感知和运动规划方面的研究，是实现仿人机器人智能化的基础，具有重要的理论意义和实际意义。1.2国内外研究现状1.2.1仿人机器人研究现状仿人机器人是自动化领域最复杂、最具挑战的课题之一。作为一个集成多关节运动协调控制、多传感信息融合及人工智能等需要多学科配合的研究领域，它的研究受到世界各国的广泛重视，日本、美国和韩国等国家的研究团体都先后投入巨资开展相关研究,我国也非常重视仿人机器人的相关研究。日本对于仿人机器人的研究一直处于世界领先的状态，最早可追溯到1973年早稻田大学由加藤一郎实验室研制的WABOT-1型机器人，该型机器人可以完成物体识别、双足行走、操作物体等任务，是世界上首款仿人机器人。随后，WABOT-2型机器人于1980年研制，它可以读取乐谱并在电子钢琴演奏，其头部与手部高度灵活可以执行精确的动作[1]。(a)WABOT-1(b)WABOT-2(c)ASIMO日本本田公司于1986年起便已开展仿人机器人的相关研究，以其研制的ASIMO[2]机器人最为知名。ASIMO仿人机器人高1.20米，重量为43公斤，该设计使其能够在人类居住空间中自由操作，便于接触门把手、电灯开关等物体，其外形与运动与人高度相似。此外，ASIMO机器人还可以完成上下楼梯，高速奔跑，挥手等运动，在任何情况都能保持运动的平稳性和灵活性，能够在转弯过程中直接转弯而无需先停止再转弯。日本产业综合技术研究所(AIST)于1998年开始研制了HRP系列仿人机器人，该系列仿人机器人的研制在仿人机器人的研究领域具有重要意义。2002年，HRP-2[3]经过五年研制成功，它可以在不平坦和狭窄的道路行走，行走速度达到人类的三分之二。HRP-图1-1日本仿人机器人Fig.1-1Japanesehumanoidrobot

第1章绪论33[4]于2007年诞生，它是HRP-2的延续，其机械结构和结构组件可以防止灰尘或喷雾的渗透，并且它的手腕和手的结构被重新设计，具有更强的操作物体的能力。2009年，女性仿人机器人HRP-4C[5]被研制成功，该机器人身高1.58米，体重43公斤，具有逼真的外形。HRP-4[6]于2010年被研制成功，该机器人全身共有34个自由度，身高1.51米，体重39公斤，可以完成物体搬运等任务。受到2011年3月11日东日本大地震无法部署机器人用于紧急响应的启发，在HRP-2的基础上针对灾难响应的改进版本HRP-2Kai[7]于2015年研制成功。2018年，仿人机器人HRP-5P[8]研制成功，该款型号是当前的最新版本，具有更强的力量和特制的手臂，针对未来建筑工地、飞机设施和造船厂等任务场景而设计。(a)HRP-2(b)HRP-3(c)HRP-4C(d)HRP-4(e)HRP-2-Kai(f)HRP-5P(a)Petman(b)Atlas(c)DRC-Hubo+美国在仿人机器人领域的研究在近年来取得了极大的成果，以波士顿动力公司研制的仿人机器人最具代表性。该公司的仿人机器人Petman[9]于2009年研制成功，可以完图1-2HRP仿人机器人Fig.1-2HRPhumanoidrobot图1-3美国和韩国仿人机器人Fig.1-3AmericanandKoreanhumanoidrobots


本文编号：3541523