自主机器人人工路标视觉导航系统研究与开发

摘要

移动机器人导航技术是智能机器人领域的一个重要研究方向，也是智能机器人的一项关键技术，多年来国际国内都有大量的科技工作者致力于这方面的研究开发工作，并已经在某些特定的工业领域得到了实际的应用。具有自主的全局定位能力是自主式移动机器人导航系统的一项重要功能。为了实现这个目的，国内外均在不断的研究发展各种定位传感器系统。本文介绍了一种基于视觉的全方位定位系统，该系统由可视人工路标、视觉传感器、图像采集与数据处理系统等部分组成。采用此系统可以实现在室内环境的机器人全局定位和导航任务。 本系统利用了一种简单直观的路标模式，该路标模式具有易检测、易识别、利于定位、制作方便等特点。利用该路标模式自主机器人可以在较大范围内进行准确检测、定位与导航。本文中利用了线性摄像机成像的原理，首先对摄像机进行了标定，然后利用线性摄像机成像模型和路标特点来进行机器人的自主定位。本文阐述了利用多个路标、单个路标的定位方法，同时为了提高单个路标的定位精度，在图象分割阶段文章中采用了亚象素的边缘处理方法，使得边缘的定位精度大大提高。同时本文研究了基于概率模型的各种自主机器人导航技术，比较了Kalman定位、Markov定位、MonteCarlo定位等机器人定位方法。 综上，本文主要探讨的几个核心内容是：自主机器人视觉导航系统构成、基于路标的定位算法、摄像机定标、基于概率模型的全局定位算法研究。上述几个方面是课题的关键部分，决定了整个系统的可靠运行。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1自主机器人导航研究概述

1.1.1存在的难点

1.1.2误差以及不确定性

1.2基于可视路标自主机器人导航概述

1.2.1基于视觉的导航

1.2.2路标与可视路标

1.2.3基于人工路标的自主机器人导航研究

1.3本文的主要工作

第二章自主机器人视觉导航系统结构模型

2.1自主机器人的硬件体系结构

2.1.1内置计算机简介

2.1.2驱动和感知机构

2.2自主机器人的软件体系结构

2.2.1服务器端结构

2.2.2客户端结构体系

2.3自主机器人视觉导航系统构成

2.3.1视觉导航系统的发展与特点

2.3.2典型机器视觉系统的组成

2.3.3视觉导航系统分层结构

2.4本章小结

第三章视觉导航中的摄像机标定

3.1线性摄像机成像原理

3.2成像原理中的几何变换

3.3摄像机的标定算法研究

3.3.1摄像机定标方法概述

3.3.2摄像机定标算法研究

3.4本章小结

第四章基于路标的定位算法研究

4.1定位系统的坐标变换

4.2基于亚象素技术的定位方法

4.3基于多个路标的定位算法研究

4.4实验结果分析

4.5本章小结

第五章基于人工路标的全局定位方法研究

5.1基于概率模型的定位

5.1.1概率意义上的定位

5.1.2基于概率的定位公式

5.2基于Kalman滤波器的机器人自定位方法

5.2.1线性卡尔曼滤波器

5.2.2扩展卡尔曼滤波器

5.2.3卡尔曼滤波与路标定位

5.3基于Markov的机器人自定位方法

5.3.1卡尔曼滤波存在的问题

5.3.2马尔可夫定位算法

5.4基于Monte Carlo的机器人自定位方法

5.4.1基于概率的方法存在的问题

5.4.2蒙特卡罗定位算法

5.5本章小结

第六章结束语

参考文献

附录Levenberg-Marquardt算法

致谢

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