基于視覺傳感器的移動機(jī)器人崎嶇地面協(xié)調(diào)控制.pdf

1、伴隨著對機(jī)器人技術(shù)研究的日益加深,移動機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器人視覺技術(shù)已經(jīng)成為研究的一個熱點。本課題在國家自然科學(xué)基金項目“輪式機(jī)器人在崎嶇地面的低能耗通過性控制的方法研究(60775060)”的支持下,搭建移動機(jī)器人的視覺系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng),在機(jī)器人的視覺測量和多輪協(xié)調(diào)控制等方面做出探索。
　　首先,在綜合國內(nèi)外移動機(jī)器人控制系統(tǒng)和視覺伺服基礎(chǔ)上,設(shè)計了一個機(jī)器人的總體控制系統(tǒng),包括一個獨立的視覺測量系統(tǒng)和與其配合的機(jī)器人運動控制系統(tǒng)

2、。上位機(jī)的視覺系統(tǒng)采用一款工業(yè)PC機(jī)主板GENE-QM57作為視覺處理單元,能夠快速實現(xiàn)移動機(jī)器人運動速度的測量。下位機(jī)采用帶有PC/104總線的工控機(jī)作為運動控制系統(tǒng),通過CAN總線控制各輪電機(jī)驅(qū)動器,利用舵機(jī)控制板控制轉(zhuǎn)向舵機(jī),在此基礎(chǔ)上根據(jù)視覺反饋和其他輔助傳感器的幫助,進(jìn)行移動機(jī)器人的輪速協(xié)調(diào)控制。
　　其次,設(shè)計了一個單/雙目結(jié)合的視覺測量系統(tǒng)。為了實現(xiàn)移動機(jī)器人在各種地形下的運動速度信息的測量,我們選擇了抗干擾能力強(qiáng)的

3、紋理信息類型的區(qū)域特征匹配方式。進(jìn)行了視覺系統(tǒng)中的各個坐標(biāo)系的定義和坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的推導(dǎo),由此推導(dǎo)出視覺測量機(jī)器人絕對速度的求解方法。同時根據(jù)工作環(huán)境的不同,提出了平坦地面下機(jī)器人的單目視覺速度測量方法,及在崎嶇地面下對單目視覺測量引入了雙目校正系統(tǒng),對視覺測量系統(tǒng)的距離參數(shù)zc進(jìn)行校正。
　　再次,本文利用坐標(biāo)系變換的方法,對崎嶇地面上的輪式移動機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行了運動學(xué)建模與分析,并提出了一種適用于剛性地面的視覺接地角測量方法,對

4、獲得機(jī)器人的姿態(tài)信息實現(xiàn)了進(jìn)一步補(bǔ)充。利用該機(jī)器人自帶的被動第五輪結(jié)構(gòu),在運動學(xué)推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,對機(jī)器人的滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行估計,與視覺滑轉(zhuǎn)率測量值互相驗證。結(jié)合前文視覺測量系統(tǒng)獲得的機(jī)器人速度信息,我們進(jìn)行了交叉耦合多輪速度協(xié)調(diào)控制模型的研究,確定了交叉耦合增益系數(shù)的選取。
　　最后,本文在移動機(jī)器人樣機(jī)上分別對硬地與沙地等多種地形下的視覺速度測量系統(tǒng)及機(jī)器人協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了測試,同時驗證視覺接地角估計算法。實驗中采集了各輪的速度信息、