机械工程博士论文-基于视觉伺服智能移动机器人的研究

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1、西安交通大学博士学位论文论文题目：基于视觉伺服智能移动机器人的研究专业：机械工程博士生：（签名）指导教师：（签名）摘要机器人是人类活动的一种拟人智能替代者，是对人类各种功能模拟和增强。移动机器人是机器人学的一个重要分支，是一个集环境感知、动态智能决策与规划、行为智能控制与执行等多种功能于一体的综合系统。基于视觉伺服的移动机器人系统是以视觉作为获取外界信息的途径，由于其在军事、生产、生活等许多领域具有广阔的应用前景，所以受到了世界各国普遍关注。在基于视觉伺服的移动机器人系统中，按照视觉范围可以分为基于全局视觉伺服和基于立体视觉伺服两大类移动机器人系统，它们包含的关键性技术主要有：

2、视觉信息的快速、智能的提取技术，移动机器人的底层智能控制技术和智能路径规划技术，是当前视觉、智能控制和人工智能等领域研究的热点和前沿。本文针对视觉伺服移动机器人系统，主要的研究工作有：1．分析了全局视觉伺服移动机器人和立体视觉伺服移动机器人的结构体系，在此基础上完成了两套系统的硬件平台，并分析了移动机器人的运动学和动力学模型，为轨迹规划和智能控制提供了数学基础；2．研究了机器人的全局视觉，提出了一种基于知识融合的全局视觉提取算法，该算法对外界光照条件不敏感，并且提取速度可以达到15毫秒/帧，满足了视觉伺服机器人的时间要求；3．研究了机器人的立体视觉，设计了色彩简化规则滤波算法，

3、并在此算法的基础上，完成了立体视觉智能提取算法，改善了立体视觉提取算法的快速性，本算法对单目标提取速度可以达到25.2毫秒/帧，并且由于该算法是基于HSI色彩空间的，所以其鲁棒性强；116西安交通大学博士学位论文4．在移动机器人智能控制程序的研究中，设计一种自适应的遗传算法，该算法收敛性对初始的变异和杂交率设定不敏感，能根据群体相异度自动调整变异率的大小，能够比较有效的避免早熟现象，是一种适用于工程应用的算法，并数学证明了其收敛性；5．研究了移动机器人的路径规划算法，采用免疫网络理论，设计了一种基于免疫网络的自主式移动机器人的规划算法，该算法克服普通的规划算法中的缺陷，具有很高

4、的智能，能够通过学习来实现未知环境下的规划，并且具有后动态性，数学证明了该智能算法的收敛性，仿真与相关实验表明该算法无论是快速性还是智能程度都要优于普通的机器人路径规划算法；6．最后，分别对两系统做了整体相关实验，说明了系统各个模块均能正常工作，模块之间没有干涉现象，同时也再次证明了智能视觉信息提取、智能控制以及智能规划算法的鲁棒性和高效性。关键词：视觉伺服、移动机器人、遗传算法、人工免疫网络、人工智能论文类型：应用基础116西安交通大学博士学位论文Subject:TheStudyofVisual-ServoIntelligentMobileRobotSpeciality:Me

5、chanicalEngineeringName:ZhuangJian(Signature)Instructor:WangSun’an(Signature)ABSTRACTTherobotistheintelligentreplacerofthehumanactivities,simulatesandtonesuptheallkindsofthefunctionofthepeople.Themobilerobotisanimportantembranchmentoftherobotics.Andthemobilerobotcanapperceivetheenvironment,i

6、ntelligentlymakedecision,smartlyprogramandaccuratelycontrolthebehavior.Thevisual-servointelligentmobilerobotgetstheoutsideinformationbythevision.Thevisual-servointelligentmobilerobotcanbeappliedinthemilitary,productionandliving,soitispaidattentiontobytheallovertheworld.Thevisual-servomobiler

7、obotcanbeclassifiedtheplanevisual-servosystemandstereovisual-servosystem.Thekeytechniqueoftwokindsofvisual-servorobotincludesthevisualinformationextractingfleetly,themobilerobotintelligentcontrolandthesmartpathplanning.Thistechniqueisthehotspotofth