基于移动机器人机载视觉云台的有限时间目标跟踪控制

研究面向移动目标的移动机器人机载视觉云台跟踪控制系统.首先,对视觉云台跟踪控制系统进行数学建模;然后,为提高移动目标的跟踪快速性和精度,基于有限时间控制技术提出一种新的有限时间视觉跟踪控制算法.严格的理论分析证明即使系统存在外部干扰也可以在有限时间内跟踪上目标,即通过控制云台转动能够保持在机器人运动过程中移动目标始终在相机视觉中心.仿真结果表明,所提出的有限时间控制算法可以实现移动目标的有限时间跟踪.     

基于Kinect的移动机器人实时局部路径规划

传统路径规划方法计算复杂、效率低,且误差较高.为此,提出一种基于Kinect的移动机器人实时局部路径规划方法.利用Kinect产生的RGB图像和3D图像实时获取移动机器人的周边动态环境信息,通过模糊逻辑和信息融合技术完成机器人的实时路径规划,从而实现机器人的目标跟踪与导航.实验结果表明,该方法具有较好的稳定性与实时性.     

基于全景视觉的监控系统设计

设计了一个基于全景视觉的多摄像机监控网络。全景相机视野广,可以实现大范围的目标检测与跟踪。云台摄像机视角具有一定的自由度,可以捕捉目标的高分辨率图像。将全景相机与云台相机相互配合,通过多传感器的数据融合,分层次的跟踪算法及多相机调度算法,实现了大范围的多个运动目标的检测与跟踪,并能捕获目标的清晰图像。实验验证了该系统的有效性和合理性。     

基于主动视觉和超声的机器人目标跟踪系统

运动目标跟踪技术是未知环境下移动机器人研究领域的一个重要研究方向。该文提出了一种基于主动视觉和超声信息的移动机器人运动目标跟踪设计方法,利用一台SONY EV-D31彩色摄像机、自主研制的摄像机控制模块、图像采集与处理单元等构建了主动视觉系统。移动机器人采用了基于行为的分布式控制体系结构,利用主动视觉锁定运动目标,通过超声系统感知外部环境信息,能在未知的、动态的、非结构化复杂环境中可靠地跟踪运动目标。实验表明机器人具有较高的鲁棒性,运动目标跟踪系统运行可靠。     

采用Kinect的多臂协调操作系统

为完成基于Kinect的多臂协调精细操作的任务,搭建了一套双机械臂操作系统,利用Kinect作为视觉传感器对场景进行实时检测,并利用基于工作空间的RRT算法对其中一台七自由度机械臂末端进行路径规划完成目标的自主抓取。根据手眼协调控制技术,利用另外一台六自由度机械臂末端的摄像机采集的图像误差控制机械臂的运动,并利用粒子滤波算法对目标进行实时跟踪。通过设计一套双臂协作完成物体交接的实验系统,完成了多臂协同操作的任务,并验证了实验方法的可靠性。     

满足复杂要求的机器人最优巡回控制系统设计与实现

本文结合线性时序逻辑理论与模糊控制方法,设计并实现了一种满足复杂任务需求的移动机器人巡回控制系统,它既能够针对复杂时序任务进行路径规划,又能够对机器人进行模糊控制实现路径跟踪.首先,基于线性时序逻辑理论,确定能够满足复杂巡回任务需求的全局最优路径.接着,根据所获得的最优路径,采用模糊控制方法设计轨迹跟踪控制器,使其通过实时位姿反馈对机器人进行路径跟踪控制.仿真结果验证了移动机器人巡回控制系统的有效性.最后,基于E-Puck移动机器人构建了能够满足复杂任务需求的移动机器人巡回控制实验系统.基于所提出的最优巡回路径规划算法和模糊控制器设计方法,通过图像处理、数据通信、算法加载等软件模块的实现完成了满足复杂任务需求的移动机器人巡回控制.     

基于多传感器的移动机器人路径规划

提出一种基于多传感器的移动机器人路径规划策略。利用声纳传感器和CCD摄像机对环境进行探测,得到关于障碍物的信息,通过一种简单、快速的数据融合算法计算出障碍物相对于机器人的位置坐标。采用切线法进行路径规划,实现了移动机器人在不确定环境下的路径规划,使机器人可以很好地避开障碍物,并以局部最优或次最优路径到达指定位置。实验结果验证了该路径规划算法的良好性能。     

小型履带式移动机器人控制系统设计

针对小型履带式移动机器人,设计了遥控与自主返航模式相结合的控制体系结构,并对机器人自主定位及路径跟踪技术进行重点介绍;信号正常的情况下,机器人在遥控模式下工作,信号中断后,启动自主返航模式,机器人根据路径规划的轨迹行驶到目标点;自主返航模式下,采用传感器信息融合技术提高了机器人定位精度,基于已有路径进行点跟踪控制,设计机器人跟踪控制律;基于履带式移动机器人平台及所述控制系统,对任意给定路径进行跟踪实验;结果表明,机器人可沿给定路径到达终点,且行驶轨迹光滑,验证了定位方法的精度以及跟踪控制律的有效性。该控制系统设计简单,可移植性高,可广泛应用于地面移动机器人领域。     

动态不确定环境下移动机器人的在线实时路径规划

提出一种基于极坐标空间的、以机器人期望运动方向角为路径优化指标的动态不确定环境下移动机器人的在线实时路径规划方法。该法通过机器人的传感器系统,实时探测局部环境信息,在每一采样时刻,机器人首先对视野内的动态障碍物的位置进行采样,然后根据所采样的位置信息,利用自回归模型预测出下一采样时刻动态障碍物的位置,再将预测位置上的动态障碍物当作静态障碍物来处理,然后对其规划避碰路径,从而将动态路径规划转化为静态路径规划。仿真和实验结果验证了该方法有效可行,具有实时规划性和良好的避障能力。     

基于视觉目标跟踪的PTZ控制方法

针对目前基于主动视觉的PTZ摄像机控制跟踪性能差,无法连续、实时跟踪动态目标,且跟踪目标的准确度低下等缺陷,提出了一种基于核相关视觉目标跟踪算法的云台摄像机控制方法。首先设计了云台摄像机系统的整体架构。视觉目标跟踪采用核相关目标跟踪方法,时效性很高,跟踪精确度也位列于目标跟踪领域的高等水平。根据跟踪结果信息,通过PELCO-D协议控制PTZ摄像机,始终保持目标在视频画面内。并用C++实现了KCF算法控制PTZ摄像机上位机,实验验证了该种PTZ控制方法的准确性、适用性及稳定性。     

融合改进A*算法和Morphin算法的移动机器人动态路径规划

在动态未知环境下对机器人进行路径规划,传统A*算法可能出现碰撞或者路径规划失败问题。为了满足移动机器人全局路径规划最优和实时避障的需求,提出一种改进A*算法与Morphin搜索树算法相结合的动态路径规划方法。首先通过改进A*算法减少路径规划过程中关键节点的选取,在规划出一条全局较优路径的同时对路径平滑处理。然后基于移动机器人传感器采集的局部信息,利用Morphin搜索树算法对全局路径进行动态的局部规划,确保更好的全局路径的基础上,实时避开障碍物行驶到目标点。MATLAB仿真实验结果表明,提出的动态路径规划方法在时间和路径上得到提升,在优化全局路径规划的基础上修正局部路径,实现动态避障提高机器人达到目标点的效率。     

一种基于随动视觉的排爆机器人自主抓取系统

在传统基于固定视觉的排爆机器人抓取系统中,相机视觉易被遮挡且不能保证拍摄清晰度。基于随动视觉技术,提出一种将深度相机置于机械手末端并随机械手运动的排爆机器人自主抓取系统。利用深度相机计算目标物体的三维坐标,采用坐标转换方法将目标物体的位置坐标信息实时转换至机器人全局坐标系,并研究相机坐标系、机器人全局坐标系与末端执行器手爪工具坐标系三者的动态映射关系,实现排爆机器人的自主抓取。实验结果表明,与传统固定视觉方法相比,随动视觉方法可在误差2cm内,使得机器人机械手爪准确到达目标物体所在位置,且当机器人距离目标物体100cm~150cm时,抓取效果最佳。     

一种新的双环结构机器人无标定自抗扰视觉伺服控制方法

在研究基于自抗扰控制器的机器人无标定视觉伺服方法的基础上,提出了一种新的双环结构机器人无标定自抗扰视觉伺服控制方法．内环采用Kalman滤波算法进行图像雅可比矩阵的在线辨识,可较好地逼近真实模型;外环采用自抗扰控制器,利用非线性观测器实时估计系统相对于当前估计模型的总扰动,并在控制中加以动态补偿．针对六自由度工业机器人进行了二维运动目标的跟踪实验,实验结果表明了该方法的可行性和有效性．     

基于案例推理的轮式移动机器人仿变色龙视觉受污偶然性规划

为使移动机器人能够有效应对视觉受污这一突发事件,提出一种基于案例推理（CBR）的偶然性规划方法.首先,对搭载仿变色龙视觉系统的轮式移动机器人（WMR）进行描述,分析其双目负相关运动机制,并给出一种融合隔帧差分法与背景差分法的改进的污染物提取算法,实现动态场景中静止污染物的检测.然后,通过详细分析机器人视觉受污后的环境感知行为建立轮式移动机器人仿变色龙视觉受污环境感知模型,对基于CBR的视觉受污偶然性规划进行建模,并详细分析视觉受污后CBR的推理过程.最后,设计基于机器人目标跟踪常规规划的视觉受污偶然性规划实验,实验结果显示目标跟踪误差基本介于±15个像素之间,表明在视觉受污情况下跟踪效果良好.     

基于栅格法的移动机器人运动规划研究

研究移动机器人运动规划问题.为实现机器人独立自主地完成任务行为,提出了一种利用栅格法对移动机器人运动进行规划,算法将运动规划分解为路径规划和运动控制两部分.在路径规划时,对栅格环境设定机器人的假想窗口栅格,并根据假想窗口和环境信息的可信度,设定实现环境信息优化的路径规划策略.根据机器人的运动学模型推导出机器人的运动控制律,以实现问题的求解.最后对运动规划方法进行了仿真验证,仿真结果证明了控制律的有效性.     

智能空间下基于异质传感信息融合的目标跟踪

针对大范围未知环境下的机器人目标跟踪问题,在智能空间下分布式智能网络设备与机器人本体二维激光的基础上,提出了一种基于异质信息融合结构以实现机器人对目标实时检测和跟踪的方法。系统通过颜色信息进行移动目标匹配,根据三角测量原理基于最小二乘法对目标进行三维重建;检测出运动目标后,通过激光传感器扫描目标人腿进行近邻点聚类获得目标的准确深度信息;利用一种优化的迭代扩展卡尔曼滤波算法对异质传感器进行信息融合,以实现基于智能空间的机器人定位与目标跟踪。实验结果验证了方法的有效性。     

模糊控制在移动机器人路径规划中的应用

针对移动机器人最优路径规划问题,设计了一种模糊智能控制方法。利用超声波传感器对机器人周围环境进行探测,得到关于障碍物和目标的信息。通过设计模糊控制器,把得到的障碍与目标位置信息模糊化,建立模糊规则并解模糊最终使机器人可以很好地避障,并且解决了模糊算法存在的死锁问题,从而实现了移动机器人的路径规划。仿真实验结果表明了模糊算法优于人工势场法,具有有效性和可行性。     

基于智能路径规划算法的移动机器人系统设计

提出了移动机器人的一种全局路径规划与局部路径规划相结合的新型算法.在以TMS320LS2407A为核心处理器设计的移动机器人平台上,研究移动机器人智能路径规划的算法问题并予以实现.上位机规划机器人的最优路径,并通过与机器人无线通信,发送路径信息,实时接收机器人方位信息.上位机通过操作应用程序对机器人进行监控.机器人能够自主计算轨迹并准确跟踪路径,检测到障碍物后,智能地重新规划路径,避开障碍物到达目的地.实验结果表明:该方法能有效实现机器人的最佳行走路线规划.     

加速度约束条件下的非完整移动机器人运动控制

将移动机器人的运动规划与跟踪控制问题合并在一起,对加速度约束条件下的非完整移动机器人运动控制问题进行研究,提出基于贝塞尔曲线的路径规划方法,以满足机器人的非完整约束．在考虑所受加速度约束的条件下,通过规划机器人状态时问轨线的方法实现了时间最优的轨迹规划．基于控制李亚普诺夫函数推导出了轨迹跟踪的控制律．仿真实验结果表明所提出的算法是有效的．     

移动机器人视觉定位方法的研究与实现

针对移动机器人的局部视觉定位问题进行了研究。首先通过移动机器人视觉定位与目标跟踪系统求出目标质心特征点的位置时间序列，然后在分析二次成像法获取目标深度信息的缺陷的基础上，提出了一种获取目标的空间位置和运动信息的方法。该方法利用序列图像和推广卡尔曼滤波，目标获取采用了HIS模型。在移动机器人满足一定机动的条件下，较精确地得到了目标的空间位置和运动信息。仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。