基于视觉的自主移动机器人目标识别与操作技术研究

摘要

随着科研水平的不断提高以及人们生活水平的改善，基于视觉的移动机器人研究热度逐渐增加。视觉传感器采集的数据对于移动机器人有效认知周围的环境和物体起到巨大的作用，有利于目标识别与操作进而完成用户指定的任务。本文对室内环境下自主移动机器人目标识别与操作技术进行了研究，以四足机器人平台为基础，通过VS2010结合OpenCV计算机视觉库设计的智能控制系统能够进行多传感器数据采集、无线通信、机器人及其机械臂的远程操控、语音人机交互、图像处理、目标识别与质心坐标提取。本课题完成的主要工作如下:
　　对机器视觉图像处理技术进行了探讨，对比了RGB和HSV颜色模型，基于对光照不敏感的HSV模型，先进行图像预处理，再进行彩色图像分割及目标识别，并查找目标物的最小外接矩形，进而提取其质心坐标。
　　对系统功能和任务要求进行分析，设计了机器人软、硬件控制系统，机器人配置了红外测距、视觉、人体红外、温湿度、气体浓度、碰撞检测等多种传感器，并分别给出了上位机和下位机软件的实现方法。在无线局域网环境中，使用套接字接口技术基于TCP/IP协议实现客户机/服务器模式的无线通信。搭建无线通信平台，实现控制指令和采集到的环境信息的无线传输、图像的采集与处理以及目标物的识别、机器人的远程控制。
　　设计了语音人机交互系统，分别介绍了语音识别与语音合成技术及其实现方法，将语音技术与机器人控制技术相结合，使机器人远程控制便捷化与智能化。另外，本文结合已有平台设计了语音人机交互与远程控制实验,验证了上述语音系统的可靠性和易操作性。
　　基于目标识别与质心图像坐标提取，结合红外测距传感器测得的离目标物所在墙面的距离，制定机器人自主接近目标物的策略，到达执行器末端运动空间范围后停止。说明了三自由度机械臂运动学方程获得驱动各舵机需要的角度，进而控制执行器到达期望位置操作目标。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的来源以及本论文的主要工作

第二章 机器视觉图像处理技术研究

2.1 机器视觉系统的构成

2.2 颜色空间模型

2.3 图像预处理

2.4 图像分割

2.5 形态学处理

2.6 轮廓与质心提取

2.7 本章小结

第三章 基于视觉的自主移动机器人系统硬件设计

3.1 基于视觉的移动机器人系统概述

3.2 系统硬件平台设计

3.3 移动机器人的部分传感器和执行机构介绍

3.4 本章小结

第四章 自主移动机器人智能控制系统的软件设计

4.1 自主移动机器人软件系统概述

4.2无线网络通信软件设计

4.3 自主移动机器人上位机软件实现方法

4.4 机器人下位机软件实现方法

4.5 本章小结

第五章 基于语音识别与语音合成的人机交互系统设计

5.1语音人机交互技术

5.2 语音识别技术

5.3 语音合成技术

5.4 语音人机交互实验设计

5.5 本章小结

第六章 基于视觉的机器人自主移动及目标操作技术

6.1 自主移动机器人任务及规划

6.2 机器人运动控制导航

6.3 机械臂运动控制与目标操作

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文主要工作与结论

7.2 论文主要创新点

7.3 未来工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果