【摘要】：定位是自主移動機(jī)器人解決各種復(fù)雜任務(wù)的關(guān)鍵,對于提高機(jī)器人自動化水平具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。機(jī)器人定位方法主要分為兩大類:相對定位和絕對定位。相對定位,指機(jī)器人在初始位置已知的情況下通過傳感器來得到自身的位置信息;而絕對定位是機(jī)器人在初始位置未知的情況下通過傳感器確定自己的位置。本文主要內(nèi)容包括:首先,本文介紹了機(jī)器人定位的基礎(chǔ)模塊、圖像處理基本方法等預(yù)備知識,給出了機(jī)器人坐標(biāo)系的建立與變換、機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型和控制算法。其次,本文對相對定位中測程法的機(jī)器人模型和定位算法進(jìn)行研究和分析,搭建了零轉(zhuǎn)彎半徑的移動機(jī)器人平臺,針對機(jī)器人的航向信息,加入了電磁羅盤模塊,同時引入了卡爾曼濾波算法,使電磁羅盤的角度精確到?1°,為移動機(jī)器人提供更加可靠穩(wěn)定的航向信息,為基于編碼器和電磁羅盤的室內(nèi)移動機(jī)器人的定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位奠定了基礎(chǔ),同時零半徑轉(zhuǎn)彎使得機(jī)器人在運(yùn)動過程中避障時不會引入額外誤差,進(jìn)一步說明此定位系統(tǒng)的合理性。再次,在絕對定位方面,根據(jù)現(xiàn)有資源和室內(nèi)定位的精度要求,提出了基于計算機(jī)視覺的全局定位系統(tǒng),搭建了156cm×117cm的全局視覺定位平臺,通過固定在平臺正上方的一個第三視角攝像頭對實(shí)驗(yàn)平臺定期采樣,經(jīng)過一系列圖像處理,得到移動機(jī)器人頂部兩個色標(biāo)的圖像坐標(biāo),再根據(jù)圖像坐標(biāo)和世界坐標(biāo)已知的兩個參考點(diǎn),計算得出機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)平臺上的世界坐標(biāo),得到機(jī)器人的位姿信息,從而完成定位。結(jié)果表明,視覺全局定位精度達(dá)到厘米級別,符合室內(nèi)移動機(jī)器人對定位精度的要求。最后,設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種移動機(jī)器人上位機(jī)——室內(nèi)移動機(jī)器人上位機(jī)系統(tǒng)。對于基于編碼器和電磁羅盤的定位方法,上位機(jī)實(shí)時接收機(jī)器人的數(shù)據(jù),解析出機(jī)器人的位置信息,顯示在坐標(biāo)系上。對于視覺全局定位,上位機(jī)實(shí)時顯示攝像頭窗口以及處理后的二值圖,并定時采樣圖片進(jìn)行處理得到機(jī)器人的位姿信息,將運(yùn)動軌跡顯示在坐標(biāo)系上,同時將得到的位姿信息按照無線協(xié)議封裝顯示在數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū),并通過性能卓越的無線模塊APC220傳給機(jī)器人,指導(dǎo)其向目標(biāo)運(yùn)動。
[Abstract]:Positioning is the key to solve all kinds of complex tasks of autonomous mobile robot, and it has important theoretical significance and application value to improve robot automation level. Robot localization methods are divided into two main categories: relative positioning and absolute positioning. Relative positioning refers to the robot getting its own position information through the sensor when the initial position is known, and absolute positioning is to determine its position through the sensor when the initial position is unknown. The main contents of this paper are as follows: firstly, this paper introduces the basic module of robot positioning, the basic methods of image processing and other preparatory knowledge, gives the establishment and transformation of robot coordinate system, the kinematics model and control algorithm of robot. Secondly, this paper studies and analyzes the robot model and positioning algorithm of the relative location method, builds a mobile robot platform with zero turning radius, and adds the electromagnetic compass module to the direction information of the robot. At the same time, Kalman filter algorithm is introduced to make the angle of electromagnetic compass accurate to-1 擄, which provides more reliable and stable course information for mobile robot. It lays a foundation for accurate positioning of indoor mobile robot based on encoder and electromagnetic compass. At the same time, zero-radius turning makes the robot avoid obstacles in the process of motion without introducing additional errors. The rationality of the positioning system is further explained. Thirdly, in absolute positioning, according to the existing resources and the precision requirements of indoor positioning, a global positioning system based on computer vision is proposed, and a global vision positioning platform based on 156cm 脳 117cm is built. After a series of image processing, the image coordinates of the two color marks on the top of the mobile robot are obtained through a series of image processing, which is fixed directly above the platform by a third angle camera. Then according to the two reference points known to the image coordinates and the world coordinates, the world coordinates of the robot on the experimental platform are calculated, and the position and pose information of the robot is obtained, so that the position and orientation of the robot can be completed. The results show that the global positioning accuracy of vision reaches centimeter level, which accords with the requirements of indoor mobile robot for positioning accuracy. Finally, a kind of mobile robot upper computer-indoor mobile robot upper computer system is designed and implemented. For the positioning method based on encoder and electromagnetic compass, the upper computer receives the data of the robot in real time, analyzes the position information of the robot, and displays it in the coordinate system. For the global positioning of vision, the upper computer displays the camera window and the binary graph after processing in real time, and samples the pictures regularly to get the position and pose information of the robot, and displays the motion track on the coordinate system. At the same time, the position and pose information is displayed in the data transmitting area according to the wireless protocol, and it is transmitted to the robot through the excellent wireless module APC220 to guide it to move toward the target.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2430439