面向多機(jī)器人編隊(duì)的基于視覺的定位系統(tǒng)研究.pdf

1、在過去的十年里，移動機(jī)器人的群體協(xié)作因具有如高容錯(cuò)性，高有效性以及可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的關(guān)注。多機(jī)器人系統(tǒng)在未知環(huán)境下的許多應(yīng)用具有廣泛的前景，如協(xié)調(diào)操作，建筑測量，以及協(xié)作制圖等等。在這些應(yīng)用中，一組機(jī)器人以一定編隊(duì)的形式來完成任務(wù)，效果較之單機(jī)器人更為優(yōu)越。 定位是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它主要解決機(jī)器人如何獲知其在所屬環(huán)境的位姿，以及機(jī)器人之間相對位姿等問題。目前，大部分定位方法都只針對于局部定位，很少人考慮多機(jī)器人

2、編隊(duì)的全局定位問題。為了簡單化，這些方法，往往假設(shè)機(jī)器人具有全局定位能力。本文旨在提出一種新的用于解決未知環(huán)境下多機(jī)器人編隊(duì)全局定位問題的方案，在該方案中同時(shí)考慮了全局和局部定位。本文的兩個(gè)主要工作包括定位系統(tǒng)和定位策略。 第一，本文提出了一種可用于多機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的有效的基于天花板視覺的定位方案。每個(gè)機(jī)器人上都裝備有朝著天花板看的攝像頭，而沒有必要使用昂貴且較難標(biāo)定的傳感設(shè)備(如激光傳感器和全景攝像頭等)。目前大部分天花板視覺

3、研究工作都局限于單機(jī)器人運(yùn)用。本文將天花板視覺系統(tǒng)擴(kuò)展多機(jī)器人編隊(duì)?wèi)?yīng)用中，并使用新的特征檢測和數(shù)據(jù)相關(guān)方法。基于匹配的局部定位用于計(jì)算機(jī)器人之間的相對位姿，而同步定位與制圖法(SLAM)用于全局定位。對于數(shù)據(jù)相關(guān)這一SLAM的關(guān)鍵步驟，本文也給出了解決方法。為了平衡魯棒性和復(fù)雜度，一種改良型的JCBB(聯(lián)合相容性分支界定法)用于快速且準(zhǔn)確的獲得優(yōu)化的特征匹配假設(shè)第二，本文提出了三種定位策略用于解決多機(jī)器人編隊(duì)系統(tǒng)的全局定位，以滿足不同任

4、務(wù)和環(huán)境要求。第一種策略只全局定位領(lǐng)航機(jī)器人，而其他機(jī)器人則通過局部定位獲知全局信息，這種方法簡單易行，只需要全局定位一個(gè)機(jī)器人，但是機(jī)器人之間得相互靠近，以保證視場重疊；第二種則在每個(gè)機(jī)器人上使用同步定位與制圖法來實(shí)現(xiàn)全局定位，這種策略不需要多個(gè)機(jī)器人足夠靠近，但因?yàn)槊總€(gè)機(jī)器人都有自身的定位坐標(biāo)系，所以需要將所有機(jī)器人的定位結(jié)果歸整到一個(gè)世界坐標(biāo)系下；第三種使用公用的SLAM服務(wù)器(可裝在某一臺機(jī)器人上)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全局同步定位，并

5、共享同一幅全局地圖。這種方法每個(gè)機(jī)器人的硬件要求較低，但定位服務(wù)器的硬件要求非常高。策略的選擇取決于實(shí)際環(huán)境狀況和任務(wù)要求。最后，一組移動機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所有這三種策略都具有很好的定位性能。 本文提出了一種基于視覺的方案，用于解決室內(nèi)多機(jī)器人編隊(duì)的定位問題。這種定位方法不僅能用于多機(jī)器人編隊(duì)中，而且在其他一些多智能體任務(wù)中也具有很好的應(yīng)用前景。本文研究成果能有效的應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境下(如醫(yī)院，機(jī)場，倉庫和購物大廳等等)的機(jī)器人