移動機器人的視覺定位系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，自主式移動機器人技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及社會服務(wù)等領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用，因而成為國際機器人學(xué)術(shù)界的研究熱點問題，特別是無人駕駛汽車的出現(xiàn)使得移動機器人技術(shù)收到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和社會的極大關(guān)注。在自主式移動機器人的相關(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)是指移動機器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中的自主移動。導(dǎo)航主要解決三個問題，包括確定機器人自身的位置、建立環(huán)境的地圖模型、尋找機器人從當前位置到目

2、標位置的一條最優(yōu)或近似最優(yōu)的無碰路徑。也就是說導(dǎo)航技術(shù)主要分為三大塊：定位、感知和規(guī)劃。
　　本文的研究對象——視覺定位系統(tǒng)主要是為了解決機器人自主導(dǎo)航三個問題中的第一個：定位問題。定位問題是指自主移動機器人在工作的環(huán)境中確定自身在工作環(huán)境中的位置的問題，機器人的定位問題可以說是機器人導(dǎo)航技術(shù)中最為重要的問題，因為定位問題其他兩個問題的基礎(chǔ)，只有確定了機器人的位置，機器人的感知和規(guī)劃才能發(fā)揮作用，當沒有辦法確定機器人位置的時候，感

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

4、術(shù)意義和很高的實用價值。
　　本文以室內(nèi)移動機器人定位的高精度、實時定位為目標，圍繞實時性、魯棒性、高精度三個關(guān)鍵問題進行了一系列的研究，主要的工作內(nèi)容如下：
　　首先，通過實驗發(fā)現(xiàn)特征提取的不均勻性會極大的影響視覺運動估計的精度，為了提高視覺里程計的精度，在特征提取的階段用四叉樹對圖像進行分塊操作，使得提取到的特征點在圖像上盡量均勻的分布，從而克服了特征提取不均勻?qū)\動估計的影響。
　　其次，為了提高整個系統(tǒng)對噪聲的

5、魯棒性，使用RANSAC算法來濾除由于噪聲造成的誤匹配的對運動估計性能的影響，使得系統(tǒng)在比較低的信噪比的環(huán)境下，例如有較多的動態(tài)物體等，依然可以穩(wěn)健的運行。
　　最后，為了提高系統(tǒng)的實時性和魯棒性，選用提取速度較快的特征點，減少了特征提取的時間。同時，考慮到我們把視覺定位系統(tǒng)應(yīng)用在室內(nèi)平面移動機器人上，通過引入平面移動機器人的運動學(xué)約束，極大的減少了運動估計的自由度和RANSAC算法的迭代次數(shù)。使得系統(tǒng)的實時性和魯棒性大大地增強。