基于视觉导航的自主移动机器人的设计与研究

论文摘要

移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图像处理等专业技术于一体,成为当今机器人研究领域的热点之一。计算机视觉具有信息量丰富,信号探测范围广,获取信息完整等优点。近年来广泛应用于自主移动机器人领域,是自主移动机器人导航和避障的一个主要发展方向。本课题研究的目的包括,设计并构建基于视觉的自主移动机器人控制系统,研究基于视觉的导航和避障算法,实现自主移动机器人的视觉导航功能。本论文完成如下几个方面的研究内容。机器人驱动结构设计,直流电机功率核算和电机选型,以及差速驱动机器人的运动学分析。设计差速驱动控制系统,设计并实现PI反馈控制算法和基于串口的多机通信协议。建立直流电机数学模型,并通过MATLAB对电机控制性能进行分析。通过实验对控制系统的性能进行分析。设计开发控制系统软件,实现摄像机视频流信息的获取,基于地图定位,基于视觉局部导航功能和多机通信功能。该软件对于获取的摄像机的视频流信息,通过图像处理算法提取路面信息和深度信息。并通过串口与下位机进行多机通信。本论文设计了基于视觉导航的自主移动机器人整体结构,包括机械结构和差速驱动控制系统的设计。为进一步研究基于视觉导航的自主移动机器人,提供了良好的实验平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及背景意义
• 1.2 自主移动机器人技术国内外发展现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 移动机器人运动学分析
• 2.1 引言
• 2.2 移动机器人驱动方式分析
• 2.3 机器人运动学分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 驱动控制系统的设计与分析
• 3.1 引言
• 3.2 驱动电路的结构原理
• 3.3 直流伺服电机驱动电路设计
• 3.3.1 通信电路设计
• 3.3.2 功率驱动电路设计
• 3.3.3 供电电源
• 3.4 速度闭环控制算法及软件实现
• 3.4.1 直流电机数学模型
• 3.4.2 速度闭环控制算法
• 3.5 驱动控制系统性能分析
• 3.5.1 控制参数的整定方法
• 3.5.2 控制系统仿真分析
• 3.5.3 控制系统实验验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 机器人视觉系统的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 机器人视觉系统的构建
• 4.2.1 基于DirectShow 的视频采集模块
• 4.2.2 CMOS 摄像机视觉采集平台
• 4.3 视频流信息处理
• 4.3.1 图像预处理
• 4.3.2 深度提取算法原理
• 4.3.3 深度提取算法试验和结果
• 4.4 多机通信协议
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于视觉的导航控制算法的研究
• 5.1 引言
• 5.2 导航定位算法的研究
• 5.2.1 基于地图的定位方法
• 5.2.2 基于里程表的位置更新方法
• 5.3 避障算法的研究
• 5.4 移动机器人的导航控制
• 5.5 试验结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢