移动机器人环境建模与路径跟踪方法的研究

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随着智能控制、3D打印技术的兴起,机器人在改变企业的制造模式和引领工业4.0时代起到重要的作用。人们对机器人的需求已不仅仅满足于解决繁杂工作的工业机器人,服务性机器人的需求正与日俱增。  本文针对室内未知静态环境下移动机器人自主导航问题,采用双目立体视觉技术,创建局部环境模型,利用行为动力学方法产生规划路径,设计智能控制算法实现路径跟踪。主要工作如下:  首先,对移动机器人拍摄的一对图像进行立体校正,比较两种立体校正方法,将图像调整为共面行对准;针对障碍物轮廓提取,采用局部块立体匹配得到障碍物视差图,获得障碍物的三维信息,创建了平面局部环境模型。研究表明,该方法能真实反映障碍物信息,环境模型准确。  其次,根据局部环境模型,采用基于接触时间行为动力学的路径规划方法,通过计算移动机器人与障碍物边缘离散点的最小接触时间,找到最危险点,规划出一条无碰撞路径。研究表明,该方法改进了障碍物以圆或方形代替的环境地图下路径的合理性,更加符合实际情况。  第三,建立移动机器人运动学模型,依据机器人自身传感器与电机工作原理,建立被控对象数学模型,设计了基于BP神经网络的PID控制系统,控制移动机器人按照规划的期望轨迹从起始点一步一步行走至目标点,在MATLAB2012b环境下下进行了仿真实验。研究表明,该方法跟踪误差小,响应时间快。  最后,在VS2010、OpenCV2.4.9的环境下对移动机器人双目视觉系统进行了应用程序编写,建立MFC操作界面实现立体视觉,测试各个传感器工况,点轴控制机器人行走。
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