基于視覺的移動機器人軌跡跟蹤問題研究.pdf

1、輪式移動機器人(wheeled mobile robot，WMR)的軌跡跟蹤問題一直是移動機器人研究領(lǐng)域中的熱點問題之一，而機器人的軌跡跟蹤算法以及移動過程中的位姿信號采集是決定跟蹤效果的關(guān)鍵技術(shù)。另外，由于WMR的實際工作環(huán)境復雜，如果在軌跡跟蹤過程中能完成自主避障，這將會大大提高機器人在運動控制中的安全性。本文以WMR為研究對象，介紹了WMR的發(fā)展過程、研究現(xiàn)狀和實際研究意義;利用基于棋盤格的單目視覺方法進行定位，擴大機器人視野范圍

2、，并以此為基礎展開了移動機器人在軌跡跟蹤過程中同時避障的控制策略研究。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括:
　　(1)介紹了非完整系統(tǒng)以及非完整輪式移動機器人;根據(jù)輪式移動機器人的運動學特性，建立世界坐標系及機器人坐標系，給出輪式移動機器人的運動學模型和軌跡跟蹤模型。
　　(2)對于WMR的視覺定位問題，在介紹了小孔成像模型及攝像機內(nèi)外參數(shù)的基礎上，分析了基于消失點的攝像機外參數(shù)的測量方法，并進行仿真驗證。針對圖像特征點逃離

3、視野的問題，設計了多組特征點共同對機器人進行位姿估計的方法，有效地解決了原定位算法中由于視野范圍窄而導致的信號丟失問題。
　　(3)在輪式移動機器人軌跡跟蹤模型的基礎上，根據(jù)李雅普諾夫(Lyapunov)函數(shù)直接法設計了軌跡跟蹤控制律。針對同時軌跡跟蹤與避障問題，將改進的人工勢場法與模糊控制方法相結(jié)合，實時改變斥力系數(shù)和引力系數(shù)從而形成虛擬目標點。進一步，將虛擬目標點與軌跡跟蹤目標點相融合，使機器人能夠有效避障并實現(xiàn)軌跡跟蹤的漸近