自主机器人全局定位系统的研究与应用

论文摘要

自主机器人足球比赛是近年来在国际上兴起的一项高科技竞赛活动,它是当前机器人领域的一个研究热点,它融合了信息、自动化、通讯、机电一体化和人工智能等关键技术,同时为相关领域内的理论研究提供了一个良好的实验和测试平台。在足球机器人系统中,全局定位子系统是一个不可或缺的部分,它是整个体系的感知机构和导航地图。就目前现状来说,定位系统是足球机器人系统中策略子系统的信息来源。它的主要任务是实时对比赛场地的进行捕捉,然后经过对图像进行一系列分析、处理和辨识,从而获得场地上目标对象(比赛的机器人和足球,球门门柱)的状态信息,并通过定位算法进行定位,形成感知图式,并将这些信息提供给策略子系统进行分析、决策作用。足球机器人全局定位系统研究实际上是计算机热门的一个研究方向,属于实时的标定目标的地图系统,其处理的对象是彩色图像,要求准确地识别目标对象,并要满足激烈对抗中高实时性的要求,同时必须适应不同的光照变化。其对于计算机视觉理论体系的研究和相关技术的具体实践都具有重要的意义。立足于对RoboCup中型机器人全局定位子系统的设计开发,着重于实际系统的具体构建,力图建立一个初步的全局定位感知图式系统,研究方法上采用理论学习基础上以实践为主的方式。其工作主要包括如下几个方面:①介绍仿人智能控制理论,图式理论,基于图式理论的仿人智能控制理论;②对现有自主机器人视觉定位方法进行了总结和归纳分析;③开发了机器人基于仿人智能控制理论的运动控制器,用于检验我们的定位方法;④设计了基于图式理论,全景视觉与里程计相协同的机器人类三角定位方法;⑤比较了各种概率算法,并尝试了Monte Carlo定位方法的应用;实践证明,整个全局系统和运动控制能很好完成任务,为策略系统提供了充足的信息,能够用于实战比赛的系统,并且取得了优异的成绩,在全国性的大赛中取得二等奖和三等奖的称号,同时也为后期的研究建立一个基础平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 发展概况
• 1.1.1 足球机器人及其竞赛由来和意义
• 1.1.2 国内机器人足球研究现状
• 1.1.3 中型组比赛系统基本机构
• 1.2 论文的结构和主要研究内容
• 1.2.1 重庆大学巴将军中型足球机器人主要的功能特性和参数
• 1.2.2 本课题主要的的研究内容
• 1.2.3 论文结构
• 2 图式理论与仿人智能控制
• 2.1 图式理论与感知
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 图式的定义
• 2.1.3 图式的特征
• 2.1.4 图式的作用
• 2.2 仿人智能控制的基本原理、基本概念和基本理论体系
• 2.2.1 仿人智能控制理论
• 2.2.2 基于动觉智能图式的仿人智能控制理论
• 2.3 HSIC-SMIS 基本思想和设计原则
• 2.3.1 HSIC-SMIS 控制器结构
• 2.3.2 工程技术中的图式
• 2.3.3 图式在机器人定位与运动控制的应用
• 3 全自主机器人全局定位算法研究与分析
• 3.1 引言
• 3.2 视觉定位研究的发展及分类
• 3.3 基于视觉的单机器人自定位方法
• 3.3.1 基于拓扑地图的自定位方法
• 3.3.2 基于几何地图的全局方法
• 3.3.3 基于几何地图的局部定位方法
• 3.4 基于视觉多机器人协作定位
• 3.4.1 静态方法
• 3.4.2 动态跟踪方法
• 3.5 研究重点和技术发展趋势
• 3.5.1 研究重点
• 3.5.2 技术发展趋势
• 3.6 本章结论
• 4 里程计与全景视觉协同的类三角定位在 RoboCup 中的研究
• 4.1 里程计的定位模型
• 4.2 特征提取
• 4.2.1 特征区域标注
• 4.2.2 对干扰的处理
• 4.2.3 分析与解决办法
• 4.3 三角定位原理
• 4.4 基于全景视觉与里程计的类三角定位方法
• 4.4.1 全景视觉系统和平面的距离估算
• 4.4.2 应用两路标的姿态估算
• 4.4.3 与典型三角定位方法的实验比较
• 4.4.4 实验结果
• 4.4.5 本章小结
• 5 基于视觉的 Monte Carlo 位在 RoboCup 中应用
• 5.1 几种概率定位方法介绍与比较
• 5.2 Monte Carlo 定位方法介绍
• 5.3 在 RoboCup 环境中的应用
• 5.4 基于全景视觉的各种定位方法比较
• 6 全局定位在自主机器人基于仿人智能控制目标跟踪的应用
• 6.1 目标跟踪仿人智能控制器的设计
• 6.2 实验与分析
• 6.3 实验结论分析
• 6.4 结论
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B：作者在攻读硕士学位期间科研项目情况