移动机器人系统设计与视觉导航控制研究

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1、摘要摘要随着机器人技术的发展，机器人的应用领域不断扩大。人们希望机器人不仅能够在生产车间环境下完成大规模的装配任务，而且还能在室内、外环境下完成复杂的任务。上述任务的完成需要一个具有良好的可靠性和开放性的实验平台。因此，开发研制以工业领域、服务业领域为应用背景的，且易于用户二次开发的移动机器人平台具有很好的市场潜力和研究意义。本文针对室内移动机器人平台的设计及其导航与定位问题开展研究工作。第一，本文对移动机器人的运动机构、控制体系结构进行了分析，综述了移动机器人导航与定位技术的主要研究内容及发展方向，并对本文的选题背景、主要组成结构做了介绍。第二，本文提出并设计了移

2、动机器人CASIA_I的机械结构、移动机构、传感系统，开发研制了移动机器人CASIA．I。该移动平台综合了传统的三轮、四轮、六轮和全方位移动平台的优、缺点，机械结构上采用正16棱柱外形；运动机构采用差分驱动系统：两驱动轮和两具有悬挂系统的平衡轮正交布置于底盘的直径上；传感系统包括一组光学轴编码器构成的内部信息传感器和一组超声传感环、两组红外传感环及一个主动视觉系统等外部信息传感器。第三，针对移动机器人的导航工作环境为非结构化环境，无法事先得到环境的精确信息，需通过传感器获取并不断地更新环境信息，以实时地规划其运动，本文提出了一种基于行为的轮式移动机器人CASIA—I

3、导航方法。该方法中的机器人导航控制结构采用由各行为模块构成的包容式结构。各行为模块可根据传感器输入，并结合高层行为抑制低层行为，决定其行为输出。第四，本文提出并设计了基于DSP和嵌入式PCI04+系统为图像处理单元的移动机器人CASIA．I主动视觉传感系统，并针对浚视觉系统提出了一种基于多项式拟合的摄像机标定方法。第五，本文提出一种基于门牌路标的移动机器人导航与定位方法及目标搜索策略。该方法通过视觉系统对消失点的视觉伺服实现机器人平行于走廊两侧的墙壁行进，并通过对门、门牌的定位与识别、倾斜校正、门牌号码分割与识别等一系列图像处理算法，实现移动机器人CASIA—I在走

4、廊环境下的导航与定位。最后，本文对所取得的研究成果进行了总结，并指出需继续开展的工作。关键词：移动机器人，系统设计，视觉系统，导航与定位墼塾垫叁叁耋篓塞墼耋堡墓塞壑基童!至塞AbstractWiththedevelopmentofroboticstechnology，theapplicationofroboticshasbeenextendedmoreandmorewidely．Therobotisrequirednotonlytocompletesomelarge—scaleassemblagetasksinworks,butalsotoachievecomple

5、xmissionsinindoorandoutdoorenvironment．Toaccomplishthosemissionsmentionedabove，anexpefimenmlmobileplatform、蛾氇goodstabiliD"andopennessisneeded．Therefore。todevelopamobilerobot，whichisusedinindustryareaorserviceareaandpronetoredevelopedbyusers，shouldhaveverygoodmarketpotentialandresearchv

6、alue．Thisthesisfocusesonthedesignofanindoormobilerobotplatform，navigationandlocalizationproblemsforindoormobilerobots．Firstly，thelocomotionframeworkandcontrolarchitectureofmobilerobotsareanalyzed．Themainresearchcontentsanddevelopmentdirectionsofnavigationandlocalizationformobilerobotsa

7、resummarized．Thebackgroundandstructureofthisthesisarealsointroduced．Secondly，thispaperproposesanddesignsthelocomotionframework，sensingsystemandcontrolsystemfor堍emobilerobotCASIA—Ianddevelopstherobot。Themobileplatformintegratesthemeritsandshortcomingsofthetraditionalthree-wheelplatfor