基于人工路標(biāo)的移動機(jī)器人自主定位和導(dǎo)航方法研究.pdf

1、移動機(jī)器人的自主定位導(dǎo)航功能始終是科研工作者的研究熱點(diǎn)之一。有別于環(huán)境的標(biāo)志物是移動機(jī)器人完成自主定位導(dǎo)航的基礎(chǔ)。因人工路標(biāo)的形狀、顏色等可事先設(shè)定，布置靈活、易提取而成為移動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主定位導(dǎo)航的首選。
　　本文針對試驗(yàn)室等室內(nèi)環(huán)境中屋頂結(jié)構(gòu)較復(fù)雜等情況，設(shè)計了一種基于人工路標(biāo)的移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。為在此導(dǎo)航系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的自主導(dǎo)航，本文做了以下研究工作：
　　1.對差速驅(qū)動輪式移動機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，基于

2、此，設(shè)計了基于人工路標(biāo)的移動機(jī)器人的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)相機(jī)小孔成像原理和所設(shè)計的移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，建立了基于單目視覺的移動機(jī)器人定位模型。
　　2.考慮到人工路標(biāo)與背景間有較明顯的對比度，為降低日光燈等高光對人工路標(biāo)的干擾，設(shè)計了基于HSV的人工路標(biāo)區(qū)域提取算法，并通過計算區(qū)域面積、輪廓周長及圓形度實(shí)現(xiàn)對人工路標(biāo)輪廓的提取，最終通過對人工路標(biāo)輪廓的擬合實(shí)現(xiàn)了對其特征—中心的提取。
　　3.針對相機(jī)的成像特點(diǎn)，通過對相機(jī)

3、的標(biāo)定，獲得了相機(jī)的內(nèi)參矩陣和畸變向量。在此基礎(chǔ)上，利用相機(jī)的已知參數(shù)得到了諸如鏡頭最小度數(shù)、視場角等相機(jī)參數(shù)。依據(jù)相機(jī)的標(biāo)定結(jié)果及其它已知條件，完成了基于人工路標(biāo)的移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的搭建。
　　4.針對所設(shè)計的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，推導(dǎo)了移動機(jī)器人定位算法。為了提高移動機(jī)器人的定位精度，基于移動機(jī)器人的定位算法，對所搭建的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如相機(jī)相對移動機(jī)器人的位置和姿態(tài)（簡稱位姿）acP及人工路標(biāo)的位置進(jìn)行了標(biāo)定。