基于全方位视觉和听觉移动机器人目标定位技术

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1、河北工业大学博士学位论文基于全方位视觉和听觉的移动机器人目标定位技术摘要随着世界各国对国家安全、社会治安等公共事业的高度重视，研究在危险环境中代替人类工作的智能移动作业机器人结构，有着重要的理论和实际意义。目前，对于能够实现移动机器人对可疑目标的准确判断、跟踪，是应用移动机器人执行危险作业亟待解决的关键问题。本论文在国家863计划项目“极限环境下面向危险品检测的多感官机器人系统”（项目编号：2006AA04Z221）的支持下，利用所研制的多感官拟人机器人头部系统，与移动机器人本体相结合，对机器人危险源跟踪进行了深入研究。本文的创新性工作包括：1、研制了一套具有视觉、听觉功能的多感官拟

2、人机器人头部系统。在分析人的头部运动形式的基础上，综合考虑机器人头部的几何尺寸、运动学及动力学等因素，设计了4自由度拟人机器人头部结构。该结构采用一种变形的万向节式结构，通过串联式关节的形式实现了头部的三种运动。基于CAN总线设计了分布式控制系统，该系统具有结构简单、实时性好、可靠性高的优点。2、全方位视觉感知，可以一次获得大于半球视场的三维空间的全部视觉信息。全方位视觉图像包含的数据量大，而且要实现实时目标跟踪，依据系统要求，提出了基于并行处理思想的双DSP主从结构的硬件设计方法，并设计了整个硬件和软件系统结构。3、在研究人耳的部分生理特性基础上建立了听觉系统模型，构造了拟人听觉系

3、统，设计了声源定位系统的实现方案,提出了改进的互功率谱相位广义互相关时延估计算法，有效地改善了低信噪比环境下的时延估计算法的性能。4、建立了基于模糊神经网络的异质传感器融合模型与算法。设计了各层的输入和输出，利用BP算法调整模糊神经网络的权重和参数获得不同的隶属函数从而生成相应的模糊规则进行模糊决策，实现目标跟踪。关键词：拟人机器人头部，全方位视觉，声源定位，信息融合i基于全方位视觉和听觉的移动机器人目标定位技术RESEARCHONMOBILEROBOTTARGETTRACKINGBASEDONOMNIDIRECTIONALVISIONANDAUDITORYABSTRACTAsgre

4、aterandgreaterimportanceisattachedtothepublicutilitiessuchasnationalsecurityandpublicorder,theresearchonthesystemoftherobotthatcanreplacehumanbeingsinthedangerousenvironmentsisofgreattheoreticalandpracticalsignificance.Atpresent,inordertomakerobotdothedangerousworkforhumanbeings,thekeyproblemto

5、beurgentlysolvedishowtomadethemobilerobotjudgeandtrackthesuspicioustargetsandaccuratelythetargets.ThisthesisissupportedbytheHi-techResearchandDevelopmentProgramofChina--theMulti-SensoryRobotSystemofDetectingDangerousGoodsinExtremeEnvironments(No.2006AA04Z221).Itcombinesthemobilerobotwiththemult

6、i-sensoryhumaniodrobotheadsystem,andmakesadeepresearchintothedangeroustargetstracking.Thisthesiscoversthefollowingoriginalpoints:1.Ahumaniodrobotheadsystemwithmulti-sensorfunctionsofvisionandhearingisdeveloped.Basedontheanalysisofhumanheadsandacomprehensiveconsiderationofsuchfactorsasthegeometr

7、icsizeoftherobothead,thekinematicsanddynamics,thisthesisdevisesa4-DOFstructureofthehumaniodrobothead.Thisstructure,withdeformeduniversaljointconnectedinseries,enablestherobotheadtodothreekindsofmovement.OnthebasisofCANbus,adistrib