基于单目视频路径与激光雷达的移动机器人导航方法研究

摘要

移动机器人导航是机器人领域的一个研究热点。视觉传感器作为最接近人类的环境感知工具，具有其它传感器所无法比拟的优势。本文针对移动机器人视觉导航进行了研究，考虑到机器人在导航上的成本、性价比与实时性，以单目视觉中双视图定位为基础，提出了一种基于单目视频路径的导航方法，并结合2D激光雷达进行拓展，实现在未知环境下的避障。
　　本文完成的导航工作主要包括：视觉定位、路径规划、自主避障三个方面。
　　第一部分，视觉定位。本文以单目视觉中双视图定位为基础，引入参考路径的视频序列，从中提取有序的关键图像。使用Harris角点算法提取图像特征点，利用零均值归一化互相关算法进行图像匹配，根据当前图像和最近似关键图像，匹配点之间的约束关系求出基础矩阵并优化，得到它们的位姿参数，进而完成移动机器人定位。
　　第二部分，路径规划。移动机器人在视频路径的指导下，判断当前图像与关键图像共有的特征点集的形心横坐标位置，以形心横坐标为参照，进行视觉路径跟踪，使移动机器人沿参考路径行走，实现机器人的路径规划。
　　第三部分，自主避障。本文采用激光雷达测距，基于栅格地图进行避障控制建模，通过定义避障风险函数、碰撞函数、运动速度、移动曲率等一系列参数，将避障过程化繁为简，分为三个阶段实施，实现移动机器人在上述导航过程中的自主避障。
　　最后，在真实的环境下，基于自主研发的科研平台，对所提出的导航方法进行了验证，证明该方法在室外环境中具有较好的实用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 相关技术研究现状

1.3 论文内容安排

2 总体设计方案

2.1 导航控制方案

2.2 相关基础知识

2.3 移动机器人实验平台

2.4 本章小结

3 基于单目视频路径的定位与路径规划方法研究

3.1 图像处理方法

3.2 定位计算方法

3.3 路径规划方法

3.4 实验

3.5 本章小结

4 基于激光雷达的自主避障方法研究

4.1 激光测距仪

4.2 地图构建方法

4.3 自主避障方法

4.4 实验

4.5 本章小结

5 总结和展望

5.1 本文内容总结

5.2 论文的创新点

5.3 未来工作展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢