基于人工路標的移動機器人自主定位和導航方法研究.pdf

1、移動機器人的自主定位導航功能始終是科研工作者的研究熱點之一。有別于環(huán)境的標志物是移動機器人完成自主定位導航的基礎。因人工路標的形狀、顏色等可事先設定，布置靈活、易提取而成為移動機器人實現(xiàn)自主定位導航的首選。
　　本文針對試驗室等室內環(huán)境中屋頂結構較復雜等情況，設計了一種基于人工路標的移動機器人視覺導航系統(tǒng)。為在此導航系統(tǒng)下實現(xiàn)移動機器人的自主導航，本文做了以下研究工作：
　　1.對差速驅動輪式移動機器人進行了運動學分析，基于

2、此，設計了基于人工路標的移動機器人的視覺導航系統(tǒng)。根據(jù)相機小孔成像原理和所設計的移動機器人視覺導航系統(tǒng)，建立了基于單目視覺的移動機器人定位模型。
　　2.考慮到人工路標與背景間有較明顯的對比度，為降低日光燈等高光對人工路標的干擾，設計了基于HSV的人工路標區(qū)域提取算法，并通過計算區(qū)域面積、輪廓周長及圓形度實現(xiàn)對人工路標輪廓的提取，最終通過對人工路標輪廓的擬合實現(xiàn)了對其特征—中心的提取。
　　3.針對相機的成像特點，通過對相機

3、的標定，獲得了相機的內參矩陣和畸變向量。在此基礎上，利用相機的已知參數(shù)得到了諸如鏡頭最小度數(shù)、視場角等相機參數(shù)。依據(jù)相機的標定結果及其它已知條件，完成了基于人工路標的移動機器人視覺導航系統(tǒng)的搭建。
　　4.針對所設計的視覺導航系統(tǒng)，推導了移動機器人定位算法。為了提高移動機器人的定位精度，基于移動機器人的定位算法，對所搭建的視覺導航系統(tǒng)的結構參數(shù)如相機相對移動機器人的位置和姿態(tài)（簡稱位姿）acP及人工路標的位置進行了標定。