基于深度視覺的服務(wù)機(jī)器人感知技術(shù)與應(yīng)用研究.pdf

1、在復(fù)雜動態(tài)環(huán)境中，移動作業(yè)型服務(wù)機(jī)器人對服務(wù)對象、環(huán)境物體等進(jìn)行感知和理解，是實(shí)現(xiàn)其自主智能的重要前提。與傳統(tǒng)單目視覺、激光傳感器相比，微軟推出的低成本Kinect傳感器可以同時獲得顏色信息和深度信息，具有明顯的優(yōu)勢和應(yīng)用前景，也是當(dāng)前國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)地研究了基于Kinect深度視覺傳感器的服務(wù)機(jī)器人感知關(guān)鍵技術(shù)。
　　首先針對服務(wù)對象的感知需求并結(jié)合Kinect傳感器特點(diǎn)，提出了一種融合深度與顏色信息的粒子濾波跟蹤算法，

2、提高了服務(wù)機(jī)器人復(fù)雜場景下動態(tài)目標(biāo)人的跟蹤感知能力。在感知更新中，根據(jù)當(dāng)前場景下深度與顏色觀測特征的可靠性調(diào)整其對應(yīng)的權(quán)值，從而彌補(bǔ)單純使用顏色信息易受光照變化、陰影等干擾的缺點(diǎn)。將該權(quán)值更新策略嵌入到粒子濾波跟蹤框架中，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜場景下動態(tài)目標(biāo)人的跟蹤，并對遮擋具有較好的穩(wěn)定性。
　　其次針對未知室內(nèi)環(huán)境下服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用需求，提出了一種基于Kinect傳感器的三維地圖創(chuàng)建實(shí)用方法，提高了服務(wù)機(jī)器人復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航作業(yè)水平。由于

3、受到Kinect視角與視距的限制，本文通過在多視點(diǎn)下連續(xù)采集多幀RGB-D信息，利用連續(xù)幀重疊區(qū)域之間的特征匹配關(guān)系，通過從粗到細(xì)的分層配準(zhǔn)方法將不同視點(diǎn)下的多幀點(diǎn)云配準(zhǔn)到同一個坐標(biāo)系下，得到拼接的三維場景地圖;最后利用八叉樹結(jié)構(gòu)對三維點(diǎn)云地圖進(jìn)行多分辨率存儲，有效減少了點(diǎn)云所占據(jù)的存儲空間。
　　將深度視覺感知引入服務(wù)機(jī)器人控制，利用Kinect傳感器信息協(xié)調(diào)機(jī)器人手、腳運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)移動與作業(yè)功能:一方面，開發(fā)了基于Kinect的

4、移動機(jī)器人局部反應(yīng)式避障功能，通過實(shí)時更新局部深度信息來檢測場景中的障礙物，并采用模糊推理策略設(shè)計了移動機(jī)器人避障控制器，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)未知環(huán)境下快速避障運(yùn)動;另一方面，開發(fā)了基于位置式的機(jī)械臂物體抓取功能，采用最小二乘法完成固定視覺的手眼標(biāo)定，利用手眼位姿變換矩陣實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂系統(tǒng)對目標(biāo)的定位。
　　在上述研究基礎(chǔ)上開發(fā)了基于深度視覺的服務(wù)機(jī)器人感知應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)對象跟隨運(yùn)動、機(jī)械臂物體抓取、三維場景地圖創(chuàng)建等三個典型功能系統(tǒng)，并