基于深度視覺的服務機器人感知技術(shù)與應用研究.pdf

1、在復雜動態(tài)環(huán)境中，移動作業(yè)型服務機器人對服務對象、環(huán)境物體等進行感知和理解，是實現(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)勢和應用前景，也是當前國內(nèi)外研究熱點。本文系統(tǒng)地研究了基于Kinect深度視覺傳感器的服務機器人感知關(guān)鍵技術(shù)。
　　首先針對服務對象的感知需求并結(jié)合Kinect傳感器特點，提出了一種融合深度與顏色信息的粒子濾波跟蹤算法，

2、提高了服務機器人復雜場景下動態(tài)目標人的跟蹤感知能力。在感知更新中，根據(jù)當前場景下深度與顏色觀測特征的可靠性調(diào)整其對應的權(quán)值，從而彌補單純使用顏色信息易受光照變化、陰影等干擾的缺點。將該權(quán)值更新策略嵌入到粒子濾波跟蹤框架中，實現(xiàn)了復雜場景下動態(tài)目標人的跟蹤，并對遮擋具有較好的穩(wěn)定性。
　　其次針對未知室內(nèi)環(huán)境下服務機器人的應用需求，提出了一種基于Kinect傳感器的三維地圖創(chuàng)建實用方法，提高了服務機器人復雜環(huán)境下的導航作業(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，通過從粗到細的分層配準方法將不同視點下的多幀點云配準到同一個坐標系下，得到拼接的三維場景地圖;最后利用八叉樹結(jié)構(gòu)對三維點云地圖進行多分辨率存儲，有效減少了點云所占據(jù)的存儲空間。
　　將深度視覺感知引入服務機器人控制，利用Kinect傳感器信息協(xié)調(diào)機器人手、腳運動，實現(xiàn)移動與作業(yè)功能:一方面，開發(fā)了基于Kinect的

4、移動機器人局部反應式避障功能，通過實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)計了移動機器人避障控制器，實現(xiàn)了動態(tài)未知環(huán)境下快速避障運動;另一方面，開發(fā)了基于位置式的機械臂物體抓取功能，采用最小二乘法完成固定視覺的手眼標定，利用手眼位姿變換矩陣實現(xiàn)機械臂系統(tǒng)對目標的定位。
　　在上述研究基礎(chǔ)上開發(fā)了基于深度視覺的服務機器人感知應用系統(tǒng)，實現(xiàn)了服務對象跟隨運動、機械臂物體抓取、三維場景地圖創(chuàng)建等三個典型功能系統(tǒng)，并