基于粒子滤波的人体跟随小车研究和实现

摘要

人体自动跟随智能机器人具备跟随人体运动的功能，能够解放人的双手，便捷人们的生活，在工厂、仓储、超市等生产环境下还能提高生产力，有广泛的应用前景。 本设计旨在实现一个室内人体自动跟随小车，为此在嵌入式条件下实现实时的粒子滤波人体跟踪算法，该跟踪算法能反映人体相对观察者（摄像头）的方位，比如远近，左右等，以此为基础作为小车的控制的依据，控制小车对人体进行跟随。 主要利用USB摄像头作为传感器在Jetson TK1开发板上实现了实时的人体运动目标粒子滤波跟踪算法，具体实现方案是针对粒子滤波较复杂运算量较大的特点在TK1平台上对算法进行优化。采用对RGB颜色特征向量降维和GPU并行化粒子滤波传播和观测步骤的优化方案，取得了良好的效果，使算法初步具备能准确实时地对人体运动目标进行跟踪的能力，在此基础上从软件和硬件上提出和并分析了进一步优化改进的措施。此外，还基于MK60单片机控制板搭建了小车运动控制平台，研究实现了基于Jetson TK1人体运动目标跟踪结果的小车人体跟随控制策略，该控制策略规定只有当人体目标处于小车正前方时对小车进行前进或后退控制，降低了小车运动控制的复杂性，提高了稳定性。另外，还定义了串口命令收发协议，开发了串口中断命令接收处理程序。最后把Jetson TK1作为上位机，把小车运动控制平台作为下位机，并对他们进行系统集成，初步实现一个能自动跟随人体运动的智能小车。

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