移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)定位系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，自主式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及社會(huì)服務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，因而成為國(guó)際機(jī)器人學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是無(wú)人駕駛汽車(chē)的出現(xiàn)使得移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)收到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和社會(huì)的極大關(guān)注。在自主式移動(dòng)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)的研究中，導(dǎo)航技術(shù)是其核心技術(shù)。導(dǎo)航技術(shù)是指移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中的自主移動(dòng)。導(dǎo)航主要解決三個(gè)問(wèn)題，包括確定機(jī)器人自身的位置、建立環(huán)境的地圖模型、尋找機(jī)器人從當(dāng)前位置到目

2、標(biāo)位置的一條最優(yōu)或近似最優(yōu)的無(wú)碰路徑。也就是說(shuō)導(dǎo)航技術(shù)主要分為三大塊：定位、感知和規(guī)劃。
　　本文的研究對(duì)象——視覺(jué)定位系統(tǒng)主要是為了解決機(jī)器人自主導(dǎo)航三個(gè)問(wèn)題中的第一個(gè)：定位問(wèn)題。定位問(wèn)題是指自主移動(dòng)機(jī)器人在工作的環(huán)境中確定自身在工作環(huán)境中的位置的問(wèn)題，機(jī)器人的定位問(wèn)題可以說(shuō)是機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中最為重要的問(wèn)題，因?yàn)槎ㄎ粏?wèn)題其他兩個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)，只有確定了機(jī)器人的位置，機(jī)器人的感知和規(guī)劃才能發(fā)揮作用，當(dāng)沒(méi)有辦法確定機(jī)器人位置的時(shí)候，感

3、知和規(guī)劃是沒(méi)有意義的。
　　近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高、視覺(jué)傳感器的成本和功耗的下降使得視覺(jué)定位系統(tǒng)在移動(dòng)機(jī)器人這種計(jì)算性能受限、成本敏感和續(xù)航能力要求高的場(chǎng)合的應(yīng)用成為了可能。機(jī)器人的視覺(jué)定位系統(tǒng)是一種自定位系統(tǒng)，相比與WIFI定位、藍(lán)牙定位等絕對(duì)定位方法具有成本低、安裝方便、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)；相比與陀螺儀加編碼器這種定位系統(tǒng)具有定位精度高、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。因此對(duì)機(jī)器人視覺(jué)定位系統(tǒng)的研究具有非常重要的學(xué)

4、術(shù)意義和很高的實(shí)用價(jià)值。
　　本文以室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位的高精度、實(shí)時(shí)定位為目標(biāo)，圍繞實(shí)時(shí)性、魯棒性、高精度三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了一系列的研究，主要的工作內(nèi)容如下：
　　首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)特征提取的不均勻性會(huì)極大的影響視覺(jué)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的精度，為了提高視覺(jué)里程計(jì)的精度，在特征提取的階段用四叉樹(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分塊操作，使得提取到的特征點(diǎn)在圖像上盡量均勻的分布，從而克服了特征提取不均勻?qū)\(yùn)動(dòng)估計(jì)的影響。
　　其次，為了提高整個(gè)系統(tǒng)對(duì)噪聲的

5、魯棒性，使用RANSAC算法來(lái)濾除由于噪聲造成的誤匹配的對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)性能的影響，使得系統(tǒng)在比較低的信噪比的環(huán)境下，例如有較多的動(dòng)態(tài)物體等，依然可以穩(wěn)健的運(yùn)行。
　　最后，為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和魯棒性，選用提取速度較快的特征點(diǎn)，減少了特征提取的時(shí)間。同時(shí)，考慮到我們把視覺(jué)定位系統(tǒng)應(yīng)用在室內(nèi)平面移動(dòng)機(jī)器人上，通過(guò)引入平面移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束，極大的減少了運(yùn)動(dòng)估計(jì)的自由度和RANSAC算法的迭代次數(shù)。使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和魯棒性大大地增強(qiáng)。