面向六足步行機(jī)器人的行進(jìn)區(qū)域障礙物視覺(jué)檢測(cè)及應(yīng)對(duì)規(guī)劃研究.pdf

1、六足步行機(jī)器人因具有良好的靜態(tài)穩(wěn)定性及對(duì)崎嶇環(huán)境的適應(yīng)性而被視為執(zhí)行包括危險(xiǎn)環(huán)境探測(cè)、災(zāi)難事故救援、人道主義排雷等任務(wù)的良好選擇。在從上世紀(jì)后期至今近四十年的發(fā)展中，各國(guó)對(duì)六足機(jī)器人進(jìn)行了持續(xù)研究，形成了相對(duì)成熟的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法以及主流的動(dòng)力學(xué)分析方法與分層控制策略，六足機(jī)器人總體趨于智能化，并向自主化方向發(fā)展。然而實(shí)現(xiàn)六足機(jī)器人完全自主還存在諸多困難，尤其是導(dǎo)航中對(duì)于環(huán)境的快速建模以及對(duì)于安全路徑或落足點(diǎn)的規(guī)劃問(wèn)題。
　　本論文

2、第1章在對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于六足步行機(jī)器人的研究工作進(jìn)行回顧后，總結(jié)了該領(lǐng)域研究中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)和重點(diǎn)問(wèn)題。在對(duì)比環(huán)境探測(cè)中常用傳感器的特點(diǎn)及適用條件后，重點(diǎn)關(guān)注了雙目視覺(jué)技術(shù)在目標(biāo)及障礙物檢測(cè)方面的技術(shù)現(xiàn)狀?？偨Y(jié)了已有研究中的障礙物應(yīng)對(duì)策略和現(xiàn)存問(wèn)題以及移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，特別是六足步行機(jī)器人的路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀，并分析了六足步行機(jī)器人落足點(diǎn)規(guī)劃的研究進(jìn)展及代表性研究工作的特點(diǎn)。最后，提出了本論文中需要開(kāi)展研究的若干問(wèn)題。

3、>　　第2章圍繞稀疏紋理背景下障礙物的雙目視覺(jué)檢測(cè)展開(kāi)研究。由于基于窗口相關(guān)的匹配方法高度依賴(lài)圖像中豐富的紋理特征，且需進(jìn)行大量卷積，所以在圖像分辨率高以及視差搜索范圍較大的情況下運(yùn)算量太大，若無(wú)專(zhuān)用硬件加速電路則不可能實(shí)時(shí)處理，而稀疏紋理背景下效率尤為低下。因此本章提出在此種情況下使用無(wú)畸變校正的圖像對(duì)，基于塊分割來(lái)估計(jì)障礙物的深度，對(duì)于隨之產(chǎn)生的視差及深度估計(jì)誤差建立了相應(yīng)的假設(shè)模型，參數(shù)回歸以及模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明了方法的可行性。

4、r>　　第3章給出了面向六足步行機(jī)器人的“障礙物”描述方法以及完整的應(yīng)對(duì)策略，包括不同策略的適用條件。其中針對(duì)第二類(lèi)“越障”問(wèn)題，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面分析了足端軌跡與障礙物總體尺寸的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過(guò)數(shù)值仿真考察了六足步行機(jī)器人候選足端軌跡的優(yōu)缺點(diǎn)。定義了整機(jī)單側(cè)跨障的周期和非周期落足兩種行進(jìn)方式，并明確了足端軌跡、支撐相機(jī)身水平位移以及髖關(guān)節(jié)距離之間的約束條件。給出了整機(jī)雙側(cè)跨越時(shí)面向航向調(diào)整的障礙物姿態(tài)視覺(jué)估算的方法。提出了稀疏紋理背景下

5、對(duì)障礙物總體尺寸進(jìn)行視覺(jué)估算的方法，并使用卡爾曼濾波進(jìn)行隨機(jī)誤差抑制，達(dá)到了良好的效果。
　　第4章基于六足步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及現(xiàn)有傳感器配備情況，提出了局部地圖的構(gòu)建方法，給出柵格地圖總體和單元尺寸以及障礙物信息分解的計(jì)算方法。在全局地圖中只記錄六足機(jī)器人及障礙物的位姿，給出了機(jī)器人全局位姿和障礙物局部位姿已知時(shí)對(duì)全局地圖的更新方法，包括在不同時(shí)刻對(duì)當(dāng)前視場(chǎng)中障礙物的判斷區(qū)分和編號(hào)方法。提出了基于航位推算及雙目視覺(jué)的兩種定位

6、方式，并給出了組合定位算法。最后使用標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行了障礙物位姿測(cè)量及機(jī)器人位姿估計(jì)的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提方法的有效性。
　　第5章進(jìn)行了六足機(jī)器人在含有可跨越障礙物環(huán)境中的路徑規(guī)劃研究，給出了局部路徑規(guī)劃時(shí)所涉及參數(shù)的定義，以及參數(shù)具體化后的仿真結(jié)果。全局路徑規(guī)劃分為兩步進(jìn)行，首先采用勢(shì)場(chǎng)柵格法結(jié)合A*算法進(jìn)行路徑搜索，之后進(jìn)行路徑修正來(lái)將越障的兩種方式體現(xiàn)到最終的路徑結(jié)果中。此外在直接落足點(diǎn)規(guī)劃中，采用粒子群算法進(jìn)行候選落足點(diǎn)搜索，所設(shè)計(jì)