一種自主跟隨機(jī)器人的研究與設(shè)計.pdf

1、自主跟隨機(jī)器人具有自主導(dǎo)航和自主移動的功能，可以被用來跟隨特殊人群（如老年人、殘疾人等），并且?guī)椭麄儼徇\(yùn)物品。本課題的跟隨機(jī)器人具有三種模式:自主跟隨模式、用戶模式、管理員模式，其優(yōu)先級由低到高。在自主跟隨模式下，機(jī)器人基于視覺導(dǎo)航全自主移動。在用戶模式下，用戶可以通過紅外遙控器控制機(jī)器人自主跟隨模式的啟動、停止，還可以直接操控機(jī)器人前進(jìn)、后退、加速、減速等。管理員模式是指管理員可以通過手機(jī)App對機(jī)器人直接控制，除具有用戶模式的權(quán)限

2、以外，還可以檢測機(jī)器人各部分是否正常。
　　首先，對自主跟隨機(jī)器人進(jìn)行了總體方案設(shè)計。包括機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制體系設(shè)計，機(jī)器人本體采用雙輪驅(qū)動式的結(jié)構(gòu)，搭載攝像機(jī)轉(zhuǎn)動云臺。控制體系為兩層結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)系統(tǒng)需要完成視覺導(dǎo)航的任務(wù)，下位機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)機(jī)器人的移動任務(wù)。
　　其次，對上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。在Meanshift與Kalman濾波理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合顏色信息和深度信息，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。該算

3、法在顏色直方圖的反向投影圖中加入漸變閾值的深度信息，消除環(huán)境的干擾。然后在該反向投影圖中，利用Meanshift算法對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。最后加入Kalman濾波器，選取最優(yōu)跟蹤窗口，并預(yù)測下一幀中目標(biāo)出現(xiàn)的位置，根據(jù)預(yù)測位置設(shè)定下一幀搜索區(qū)域，提高可靠性的同時減少計算量。在算法確定后，設(shè)計出多線程、帶有人機(jī)交互界面的應(yīng)用程序。
　　然后，對下位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。首先，設(shè)計了其硬件電路。其次設(shè)計了路徑規(guī)劃與避障方案:在人工勢場法的基礎(chǔ)上，

4、結(jié)合本課題的實際情況，增加了安全區(qū)域，進(jìn)行路徑的規(guī)劃與避障，該算法適用于機(jī)器人在跟蹤的同時執(zhí)行避障任務(wù)的情況。確定避障方案之后，對下位機(jī)的軟件部分進(jìn)行了設(shè)計，包括通信、位置獲取以及電機(jī)控制三個部分的軟件設(shè)計。其中，通信部分又包括與上位機(jī)通信、與用戶通信、與管理員通信三個小部分。在與管理員通信設(shè)計中，介紹了手機(jī)App的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　最后，將機(jī)器人本體與下位機(jī)主板實現(xiàn)，對跟蹤算法與避障算法進(jìn)行驗證，實驗結(jié)果表明本文的跟蹤算法具有較