一种球形移动机器人导航系统设计与研究

摘要

球形移动机器人是近十年发展起来的一种移动机器人，它的球形外壳将其所有的机械部件，控制系统及能源装置包裹起来。它具有简单、紧凑、密封和灵活的特点及快速运动的能力，能够全方位滚动及零半径拐弯。因此球形移动机器人在军事、民用和工业领域均有广泛的应用前景。此项研究已成为智能机器人研究的一个热点。 但是，十多年来球形移动机器人的研究仍然处于探索阶段，离实际应用相差甚远，其中主要原因之一是导航问题尚未得到很好的解决。球形移动机器人的精确控制和智能化需要安装大量的传感器，全封闭与全方位运动是球形移动机器人的运动性能上的优点，但是另一方面这两个特点使得传感器的安装与信息获取变得困难，基于组合导航的自主运动不易实现。为此本文致力于这方面的研究。 本文首先根据球形移动机器人的结构、运动特性进行了传感器需求分析，论述了球形移动机器人导航传感系统的设计与实现过程。然后介绍了球形移动机器人导航运动控制系统的硬件结构和控制系统的各组成部分。研究了光照条件变化对球形移动机器人视觉导航影响，在此基础上，分析图像分割、轮廓提取技术，完成了基于颜色及轮廓的目标物体识别。设计开发了基于VC++与大恒图像开发包的球形移动机器人视觉导航系统。研究了球形移动机器人的导航定位技术。通过球形移动机器人自主运动实验验证了该导航系统的有效性。 文章的最后对本文的工作进行了总结与展望。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2球形移动机器人国内外研究现状

1.3移动机器人导航传感技术研究现状

1.4本文的研究内容

第二章球形移动机器人导航传感系统设计

2.1引言

2.2传感器需求分析

2.3传感器安装平台

2.4惯性测量系统

2.5激光测距传感系统

2.6视觉传感系统

2.6.1 CCD摄像机

2.6.2光学器件(镜头)

2.6.3图像采集卡

2.7综合性能分析

2.8小结

第三章球形移动机器人导航运动控制系统

3.1引言

3.2球形移动机器人控制系统设计

3.2.1本体子系统

3.2.2驱动子系统

3.2.3电源子系统

3.2.4通讯予系统

3.2.5嵌入式控制子系统

3.3远程遥操作系统

3.4小结

第四章球形移动机器人视觉导航系统研究

4.1引言

4.2颜色空间选择

4.3目标图像的分割

4.3.1图像分割技术概述

4.3.2基于阈值的分割算法

4.4目标物体图像的滤波降噪

4.5目标物体图像的轮廓提取

4.6目标物体面积和中心点位置的计算

4.7视觉导航系统软件实现

4.8本章小结

第五章球形移动机器人定位及自主导航实验研究

5.1引言

5.2基于里程计的导航定位方法

5.3自主导航实验

5.3.1防碰撞和距离跟踪实验

5.3.2防碰撞和方向导航实验

5.3.3自主搜索跟踪导航实验

5.4小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文