單目視覺家庭機器人環(huán)境建模與導航問題研究.pdf

1、隨著機器人技術的發(fā)展和成熟，機器人系統(tǒng)逐漸進入家庭生活與服務領域，近年來，家庭室內(nèi)機器人的研究成為許多人關注的焦點。對于家庭機器人來說，導航是一個重要的問題，是實現(xiàn)機器人智能性的核心技術。它主要由環(huán)境信息獲取、環(huán)境信息描述和建模以及實現(xiàn)自動定位組成，其中環(huán)境信息描述和建模是核心內(nèi)容。 本文主要以家庭移動機器人開發(fā)應用為背景，對基于單目視覺的家庭機器人在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)高性能的自主導航、環(huán)境建模等問題進行了深入研究，提出了特征-拓撲

2、混合環(huán)境模型。 為了創(chuàng)建特征-拓撲混合環(huán)境模型，本文提出了兩種環(huán)境描述方法：基于垂直邊緣特征的環(huán)境描述和基于局部灰度分布特征的環(huán)境描述。 基于垂直邊緣特征的環(huán)境描述采用Sobel算子和非極大值抑制算法進行邊緣的提取和細化，完成物體邊緣垂直投影，利用得到的投影曲線，分析了一種基于投影曲線的比例不變性的垂直特征匹配方法，基于該匹配方法采用了一種利用單目視覺計算垂直特征世界坐標的方法，利用垂直特征在世界坐標系中的位置來描述環(huán)境

3、。 基于局部灰度分布特征的環(huán)境描述方法采用SURF特征來描述環(huán)境，文中詳細介紹了SURF特征的提取、描述器的構造、匹配、自然路標構造的方法和識別實驗評估。 最后，給出了家庭機器人導航系統(tǒng)的體系結構，分析了每個模塊的作用，并對基于該模型的家庭機器人進行定位，節(jié)點處采取了節(jié)點HMM估值識別定位方法，在連接邊處利用環(huán)境的垂直邊緣特征進行定位，這樣可以避免里程計的誤差。實驗證明該方法可以提高節(jié)點識別處方向的定位精度和連接邊處的位