掃地機器人定位算法設計與嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、掃地機器人作為服務機器人的一種，能替代傳統(tǒng)的人工清潔工作，市場前景廣闊。目前國產(chǎn)掃地機很少具備導航定位功能，缺乏有效的路徑規(guī)劃，價格便宜但清掃效率低。國外的許多掃地機具備導航定位功能，清掃效果好卻價格高，不利于掃地機器人的普及。針對國內(nèi)掃地機器人的現(xiàn)狀，本文提出一種基于單目視覺的室內(nèi)定位算法，定位所需的視覺信息來自天花板。相比使用昂貴的環(huán)境感知設備如激光雷達，使用攝像機極大的降低了成本。本文的主要工作為:
　　1.針對室內(nèi)天花板高

2、度及裝飾的不同，給出了一種自適應確定天花板高度的辦法和一種改進的特征點提取算法。自適應確定天花板的高度需要兩個置于特定位置的LED燈配合，圖像處理得到燈在圖像上的光斑質(zhì)心坐標后，考慮結構關系并利用攝像機小孔成像模型確定天花板的高度。在特征點提取方面，將FAST算法與Shi-Tomasi算法結合起來，用于獲得一定數(shù)目且在圖像中分布合理的特征點。實驗證明FAST結合Shi-Tomasi特征點提取算法與Shi-Tomasi相比，特征點提取效果

3、接近但是速度提高5倍左右。
　　2.根據(jù)攝像機的成像模型以及掃地機器人的結構布局，建立了掃地機器人單目視覺定位模型。依據(jù)模型以及掃地機器人的清掃策略，分別對掃地機器人的平移運動、旋轉運動以及混合運動進行定位。本文給出了一種圖像匹配算法，該算法利用陀螺儀和霍爾傳感器提供的位姿數(shù)據(jù)縮小特征點的匹配范圍，使用ORB（Oriented Fast and Rotated BRIEF）特征和漢明距離確定匹配對。在消除多對一的匹配后使用隨機抽樣

4、一致性（RANSAC）等算法對匹配對提純。此外，本算法對掃地機的不同運動采用不同的圖像匹配策略，為定位提供準確的匹配對。
　　3.為證明本文提出的單目視覺定位算法有效，設計了掃地機直線運動、旋轉運動和矩形回路運動的定位驗證實驗。在Smart210核心板上實現(xiàn)了與STM32F4運動控制系統(tǒng)的串日通信、使用V4L2(Video4 Linux2)控制攝像頭的灰度視頻采集以及USB-WiFi傳輸定位數(shù)據(jù)等功能;在PC虛擬機Ubuntu上用