移動機(jī)器人的視覺定位系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，自主式移動機(jī)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(jī)器人學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)問題，特別是無人駕駛汽車的出現(xiàn)使得移動機(jī)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(jī)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(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)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(jī)器人自身的位置、建立環(huán)境的地圖模型、尋找機(jī)器人從當(dāng)前位置到目

2、標(biāo)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(jī)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(jī)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(jī)器人的定位問題可以說是機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中最為重要的問題，因?yàn)槎ㄎ粏栴}其他兩個問題的基礎(chǔ)，只有確定了機(jī)器人的位置，機(jī)器人的感知和規(guī)劃才能發(fā)揮作用，當(dāng)沒有辦法確定機(jī)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(jì)算機(jī)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(jī)器人這種計(jì)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(jī)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(lán)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(diǎn)；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(qiáng)、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。因此對機(jī)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(shí)用價值。
　　本文以室內(nèi)移動機(jī)器人定位的高精度、實(shí)時定位為目標(biāo)，圍繞實(shí)時性、魯棒性、高精度三個關(guān)鍵問題進(jìn)行了一系列的研究，主要的工作內(nèi)容如下：
　　首先，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)特征提取的不均勻性會極大的影響視覺運(yùn)動估計(jì)的精度，為了提高視覺里程計(jì)的精度，在特征提取的階段用四叉樹對圖像進(jìn)行分塊操作，使得提取到的特征點(diǎn)在圖像上盡量均勻的分布，從而克服了特征提取不均勻?qū)\(yùn)動估計(jì)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(yùn)動估計(jì)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(yùn)行。
　　最后，為了提高系統(tǒng)的實(shí)時性和魯棒性，選用提取速度較快的特征點(diǎn)，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(jī)器人上，通過引入平面移動機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)約束，極大的減少了運(yùn)動估計(jì)的自由度和RANSAC算法的迭代次數(shù)。使得系統(tǒng)的實(shí)時性和魯棒性大大地增強(qiáng)。