基于EVision的双目视觉系统的设计与实现

设计和开发了一个排爆机器人的双目立体视觉系统。该系统使用Matlab7.0和机器视觉软件EVision6.2的EasyMultiCam进行图像捕获并和EasyMath模式匹配库进行图像特征匹配,能实时捕获排爆机器人周围的图像信息、进行摄像机标定、图像预处理、立体图像匹配、求取可疑目标物的特征点的立体坐标，并把图中实时显示在控制台上，控制排爆机器人准确地抓取可疑目标物。该机器人视觉系统成功的抓取实验，表明了它在精度上能够满足排爆机器人的项目要求。     

排爆机器人双目立体视觉系统的研究和开发

为了辅助公安人员更好地完成排爆工作，设计和开发了一个带双目立体视觉系统的排爆机器人。该视觉系统使用Matlab7.0和机器视觉软件EVision的EasyMatch库进行开发，能实时捕获排爆机器人周围的图像信息、进行摄像机标定、图像预处理、立体图像匹配、求取可疑目标物的特征点的立体坐标，并把图像实时显示在控制台，控制排爆机器人准确地抓取可疑目标物。该机器人视觉系统成功地抓取实验，表明了它在精度上能够满足排爆机器人的项目要求。     

基于角点聚类的移动机器人自然路标检测与识别

针对未知环境中机器人视觉导航的自然路标检测,提出了一种基于角点聚类的自然路标局部特征提取、不变性表示及其匹配算法.用SUSAN算子提取左右视图中的角点,在极线约束下对左右视图的角点进行匹配,消除遮挡或噪声引起的角点;同时应用立体视觉计算角点视差,进一步筛选角点.根据角点聚类策略提取自然路标局部特征,并提出不随距离、角度变化的局部特征不变性表示及匹配方法.理论分析和实验结果表明,该算法具有较好的鲁棒性,在一定距离和角度变换下能够对路标进行正确识别.     

基于计算机双目立体视觉的排爆机器人自动抓取的研究和实现

研究和开发一个双目视觉系统用于智能排爆机器人的自动控制。该系统利用计算机双目视觉原理,采用Matlab 7作为运算引擎,调用机器视觉软件eVision 6.2进行立体匹配,实时捕获图像,进行摄像机标定、图像预处理和匹配,确定可疑目标物的坐标,把图像实时显示在控制台,并通过xPC目标系统实现该机器人实时控制系统,自动控制手臂靠近并准确抓取可疑目标物。排爆机器人的抓取实验表明,该双目立体视觉系统在精度上能满足排爆要求。     

基于三角剖分的视觉里程计特征点匹配算法

针对单目视觉里程计的精确定位问题,提出一种专门应用于单目视觉里程计的特征点匹配方法。对FAST算法提取的特征点进行DELAUNAY三角剖分,获得特征点的位置关系。采用LK算法获得匹配点,结合位置关系判断误匹配候选点。对候选点计算SIFT描述子,根据相似程度剔除误匹配点。对获得的匹配对估计基础矩阵,结合尺度信息求取位姿。实验结果表明:该算法可提升匹配点的正确率,提高单目视觉里程计的精度。     

基于特征点密度峰值的视觉伺服目标选择方法

为避免机器人视觉伺服过程中因无法进行目标选择而导致视觉伺服失败的问题,提出一种基于特征点密度峰值的视觉伺服目标选择方法.采用(oriented fast and rotated brief,ORB)特征点检测与匹配算法识别视场中所有的目标物体,利用PROSAC算法剔除误匹配点,通过引入特征点密度峰值聚类算法分离图像中不同目标物体的特征点,提出基于位置优先决策方法选择最佳视觉伺服目标.实验结果表明,通过该方法机器人能够在多个相同目标物体中选择一个最佳视觉伺服目标,有效解决了移动机器人视觉伺服中出现的目标选择问题.     

口腔机器人手术中移动路径控制方法设计

口腔手术机器人是口腔医学的智能体工具，为了提高口腔机器人手术中移动路径自动控制水平，提出基于视觉感知和运动学模型规划的口腔机器人手术中移动路径控制方法。构建口腔机器人手术中移动的运动学规划模型，采用视觉伺服控制的方法提取口腔机器人手术中移动过程中的视觉特征参数，采用神经网络学习方法实现对口腔机器人手术中移动过程中的路径空间参数捕获和避障参数拟合，采用路径边缘引导的方法，结合目标点测距和视觉特征点匹配方法，实现对口腔机器人手术中移动路径的自适应控制和空间移动规划设计。测试结果表明，采用该方法口腔机器人手术中移动路径控制的环境适应性较强，控制鲁棒性较高，提高了口腔机器人手术过程中的精准性。     

微粒群与蚂蚁融合的机器人路径规划新算法

针对栅格法建模的不足,研究了一类全新的微粒群与蚂蚁算法融合的机器人路径规划算法。该方法首先用栅格法建立机器人运动空间模型,在此基础上利用蚂蚁算法进行搜索得到全局导航路径,然后用微粒群算法局部调节导航路径上的路径点,得到更优路径。计算机仿真实验表明,即使在蚂蚁算法得到的导航路径不佳的情况下,利用本算法也可以规划出一条全局优化路径,且能安全避障。     

基于概率运动统计特征匹配的单目视觉SLAM

在单目视觉同步定位与建图(SLAM)过程中,由于特征匹配阶段存在误匹配且耗时长,使得机器人初始化速度慢、定位精度不高。针对此问题,基于概率运动统计特征匹配,提出一种单目视觉SLAM算法。通过设置自适应的阈值提取ORB特征点并使用四叉树进行保存,根据运动的平滑性与特征匹配的一致性估计特定区域内特征匹配的概率模型,得到正确的特征匹配点进行匹配,完成系统自动初始化与机器人位姿跟踪。在TUM数据集上的实验结果表明,该算法在特征匹配阶段耗时仅为1.4 ms,机器人初始化时间和定位精度分别为1.7 s和0.54 cm,且具有良好的实时性。     

基于深度强化学习的室内视觉局部路径规划

传统的机器人局部路径规划方法多为已有先验地图的情况设计,导致其在与视觉(simultaneous localization and mapping, SLAM)结合的导航中效果不佳。为此传统的机器人局部路径规划方法多为已有先验地图的情况设计,导致其在与视觉SLAM结合的导航中效果不佳。为此,本文提出一种基于深度强化学习的视觉局部路径规划策略。首先,基于视觉同时定位与建图(SLAM)技术建立周围环境的栅格地图,并使用A*算法规划全局路径;其次,综合考虑避障、机器人行走效率、位姿跟踪等问题,构建基于深度强化学习的局部路径规划策略,设计以前进、左转、右转为基本元素的离散动作空间,以及基于彩色图、深度图、特征点图等视觉观测的状态空间,利用近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)算法学习和探索最佳状态动作映射网络。Habitat仿真平台运行结果表明,所提出的局部路径规划策略能够在实时创建的地图上规划出一条最优或次优路径。相比于传统的局部路径规划算法,平均成功率提高了53.9%,位姿跟踪丢失率减小了66.5%,碰撞率减小了30.1%。     

多机器人协作搬运路径规划研究

针对多机器人协作系统,提出了一种新的混合定点转动和遗传算法的方法,解决其协作路径规划问题。该方法利用遗传算法并行计算、不易陷入局部最优的优点,具备概率上寻找全局最优解的能力,同时结合了定点转动法易实现、有效减少单机器人路径浪费的优点。仿真实验结果表明,该规划方法运算速度较快,在得到有效规划路径的同时,也易于实现对单机器人的控制。     

基于遗传算法的变电站巡检机器人任务路径规划方法研究

近年来,随着变电站巡检机器人在变电站中的广泛使用,巡检机器人路径规划问题越来越成为亟待解决的问题。巡检机器人在已知的拓扑地图中标记了待执行巡检任务的停靠点,不同任务需要从初始点出发经过不同的一系列停靠点再返回初始点,如何规划路径是机器人面临的问题。首先分析了路径规划面临的问题,然后通过分析拓扑地图的特征,对地图进行等价简化,再对问题进行建模使用遗传算法求解巡检任务路径规划的近似最优解。通过仿真实验证明,提出的基于遗传算法的路径规划方法是可行有效的,为变电站巡检机器人任务路径规划提供了一种有效方法。     

基于自适应动态窗口改进细菌算法与移动机器人路径规划

针对移动机器人在复杂环境下的路径规划问题,提出一种新的自适应动态窗口改进细菌算法,并将新算法应用于移动机器人路径规划。改进细菌算法继承了细菌算法与动态窗口算法（dynamic window algorithm, DWA）在避障时的优点,能较好实现复杂环境中移动机器人静态和动态避障。该改进算法主要分三步完成移动机器人路径规划。首先,利用改进细菌趋化算法在静态环境中得到初始参考规划路径。接着,基于参考路径,机器人通过自身携带的传感器感知动态障碍物进行动态避障并利用自适应DWA完成局部动态避障路径规划。最后,根据移动机器人局部动态避障完成情况选择算法执行步骤,如果移动机器人能达到最终目标点,结束该算法,否则移动机器人再重回初始路径,直至到达最终目标点。仿真比较实验证明,改进算法无论在收敛速度还是路径规划精确度方面都有明显提升。     

融合环境信息和运动约束的改进A*算法研究

标准A*算法存在着无法考虑移动机器人运动特性及处理后的路径不利于移动机器人运动等问题。针对这一问题提出了一种新改进A*算法,通过环境信息引入障碍物权重系数来改进算法的启发函数并进行全局路径规划;优化搜索节点的选取方式和设定障碍物与路径之间的安全距离;基于对移动机器人的运动特性的考虑优化其路径,并在不同环境地图中与其他算法进行仿真实验对比分析。相关实验表明：基于新改进A*算法规划的路径始终与障碍物保持一定的安全距离;改进A*算法在时间上相比标准A*算法平均减少了80%,路径长度平均减少了2%,路径转角平均降低了82%。改进后算法相比其他算法在时间、搜索节点以及平滑度上有很大的改进,融合机器人环境信息和运动特性的规划路径算法可为移动机器人的路径规划提供一种新的方法。     

基于路径预测的机器人足球路径规划

针对常用的机器人路径规划算法过于复杂并且在每个运动周期都计算路径的问题,提出了一种结合路径预测的路径最优算法.充分利用预测结果减少每周期的路径规划时间;用微量调整动态控制机器人左右轮速度,并充分利用折线路径的短距离优势,为避障机器人创建一条最短路径;以基于周期性预测在同个时间轴上的相交作为碰撞信号,来减少每个周期的重复性计算时间.实验结果表明,该方法能大大提高机器人路径规划的速度,降低不同周期上路径规划结果不一致导致的运动震荡.     

基于时间栅格法和免疫算法的机器人动态路径规划

提出了一种机器人动态路径规划方法。该方法首先采用时间栅格法采标识动态障碍物。建立机器人的环境信息,然后使用免疫算法实现在动态环境下机器人的全局和局部路径规划,达到避障和避碰的目的。文中定义了免疫算法的多因素适应度函数由碰撞系数、距离、转角和安全系数决定。实验表明所提方法可以提高路径规划的效率,满足机器人实时导航要求。     

基于改进蚁群算法的移动机器人平滑路径规划

针对移动机器人提出了基于改进蚁群算法的平滑路径规划方法。为了克服蚁群算 法解决路径规划问题时存在的收敛速度慢的缺点,对启发因子的矩阵初始值及更新方式进行了 改进,启发因子改进后的结果与之前相比,平均路径长度减少了 17.6%,平均收敛代数减少了 93.1%;对于栅格环境下存在障碍物时机器人累计转弯角度大的问题,提出了控制点转移策略, 在上一步改进的基础上,通过对控制路径走向的栅格中心点向栅格角顶点的转移,实现了路径 规划的平滑改进。路径规划仿真结果表明,与平滑改进前相比,平滑改进后机器人的平均路径 长度减少了 4.28%,累计转弯角度减少了 52.58%。     

一种移动机器人路径规划新算法

快速搜索随机树（Rapidly-exploring random Tree Star,RRT*）算法在移动机器人实际应用中规划路径在转向部分存在较多的冗余转折点,导致移动机器人在移动转向过程中出现多次停顿与转向,为剔除规划路径中的冗余路径点,提高机器人移动流畅性,提出一种改进的 RRT*算法。算法将局部逆序试连法引入移动机器人路径规划,在确保RRT*算法概率完备性和渐进最优性的前提下,剔除规划路径中的冗余路径节点,使最终路径更加接近最短路径。通过MATLAB仿真实验证明,规划路径平均长度缩短4%,算法耗时缩短35%,改进后的RRT*算法能缩短规划路径且转向部分路径更加平滑。最后,使用改进后的RRT*算法在室内环境下进行移动机器人路径规划实验。实验结果表明：规划路径上无冗余路径点,且移动机器人沿路径移动流畅。     

基于以太网的排爆机器人测控系统设计

针对排爆作业的安全性、稳定性和实时性的要求,设计了一套基于以太网的排爆机器人测控系统.该系统由排爆机器人和遥操作控制器组成,排爆机器人作为服务器,遥操作控制器作为客户端,两者之间通过长距离增强型网线实现以太网通信.客户端对服务器进行请求控制,服务器向客户端提供视频、激光雷达点云数据和其他多种传感器信息,为操作人员提供了重要的环境感知信息.该系统能够准确、实时地完成排爆作业,具有较好的稳定性和可靠性.     

移动机器人RRT算法改进研究

目前,机器人路径规划常用算法有避障(Bug)算法、概率路线图(PRM)算法、快速搜索随机树(RRT)算法、蚁群算法、人工势场法等,其中RRT算法在路径规划中应用最广。针对RRT算法存在随机性强、偏差大、路径不一定最优、收敛速度慢等缺点,对RRT算法进行改进,引导随机树向目标点生长,借助人工势场的引力思想,并加入自适应策略,通过机器人与目标点位置、速度和加速度的不断变化来改变步长大小,使机器人快速到达目标点。实验结果表明,通过自适应RRT算法可以提高算法收敛性,缩短了算法时间,可以有效应用在移动机器人系统上,提高移动机器人的工作效率。