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本文针对机器人路径规划与避障技术中的几个关键问题,如双目视觉测距、物件识别、路径规划以及避障策略等,进行了深入的研究和讨论。本文的主要工作集中在:
(1)提出路径规划和避障系统的系统框架,整个系统主要包括:双路视频采集模块、视觉测距模块、路面分析和物件提取区分模块、路线规划和避障模块等部分。
(2)环境采集子系统,利用双目视觉传感器和红外传感器相结合进行环境信息的采集和分析。通过架构DirectShow到OpenCV的桥梁,结合两者进行视频数据的处理;系统采用张氏平面标定法实现摄像机参数的标定,采用变焦测距技术实现测距。实验证明所提出的方法能有效提高系统效率,扩展系统测距的距离。
(3)图像处理和物件提取子系统,利用多种经典的图像处理算法,对采集到的图像进行了路面及背景区域分离和障碍物及目标物的识别。采用改进的模板匹配算法实现双目视觉下的匹配,改进方法能有效提高系统的效率;根据障碍物和目标物的几何外形不同,系统采用图像的统计特征矩(Hu矩),实现对障碍物和目标物的区分。
(4)路径规划和避障子系统是整个系统的决策环节,利用双目视觉信息采集子系统测得的物件深度信息还原物件的位置和大小信息,以移动机器人为原点构建动态的地图;根据得到的地图,采用人工势场法进行路径规划,并通过修改斥力场函数,消除人工势场法存在局部最小值的现象;采用模糊控制原理,设计模糊控制器,制定避障策略,并提出了几种同步控制系统各个模块的方法。
文章给出了立体视觉移动机器人路径规划和避障系统实验的结果和分析,得出该系统的设计和实现可以较好地完成课题所给出的要求,实现所需求的功能,完成移动机器人路径规划并成功避障。最后,总结了全文的研究内容,指出了该系统有待进一步解决的问题。