[發明專利]動態場景中輪式移動機器人的視覺鎮定控制

在審

• 申請號: 201711171647.0
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN109816717A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 李寶全;尹成浩;師五喜;冀東
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/80;G06T7/246;B25J19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種動態場景中輪式移動機器人的視覺鎮定系統的設計。本文基于單目的輪式移動機器人提出了一種新穎的方法，可以讓機器人在視覺目標移動的情況下進行視覺伺服。對于現有的方法，當特征點固定時，移動機器人可以正確的到達期望位姿處，不過當特征點移動后，移動機器人難以到達期望位姿處。為了監視特征點的移動，我們在實驗場景中增加了一個監視攝像機，當特征點移動之后移動機器人仍然可以到達期望位姿。通過監視攝像機的圖像，利用POSIT算法計算出移動后的特征點與監視攝像機的關系，進而計算出相應的坐標系和特征點之間的關系。利用坐標系變換規則，根據實時的圖像反饋信息計算出當前位姿和期望位姿之間的旋轉矩陣和平移向量。利用基于極坐標表示法的控制器驅動移動機器人到達期望位姿處。仿真與實驗結果均證明本方法有效可靠。

技術領域

本發明屬于計算機視覺與移動機器人的技術領域，特別是涉及一種動態場景中輪式移動機器人的視覺鎮定控制方法。

背景技術

日常生活中，人類針對絕大多數外界信息是通過眼睛接收的，可以看出視覺傳感器的重要性。在移動機器人上安裝視覺傳感器，能使其變得更加智能并且應用領域更加廣泛，諸如智能交通、深海勘探和家居服務。隨著控制理論和視覺感知的進步，吸引著越來越多的人研究機器人視覺鎮定控制。對于單目視覺系統，視覺特征的3D模型缺失是其固有問題，再加上輪式移動機器人非完整性約束給機器人視覺鎮定帶來了更大的挑戰。現有的一些方法是在場景中建立固定特征點來進行視覺鎮定，所以當特征點移動時現有的方法難以實現機器人的視覺鎮定任務。

對于輪式移動機器人，它是一個具有非完整的運動約束欠驅動系統。移動機器人有兩個基本任務：第一是軌跡跟蹤控制；第二個是從初始位姿到目標位姿，即鎮定控制。移動機器人配備了視覺傳感器，將視覺信息作為反饋量來控制移動機器人實現鎮定控制。但圖像特征點在整個視覺伺服過程必須保持不變，在實際應用中由于工作空間因素等諸多原因有時會移動特征點。因此需要設計在特征點移動的狀況下機器人仍然能夠進行準確的視覺伺服。

發明內容

本發明的目的是提供一種方法解決特征點移動的情況，這將會大大提高機器人的適應能力。

本發明提出一種動態場景中輪式移動機器人的視覺鎮定系統的設計。本文基于單目的輪式移動機器人提出了一種新穎的方法，可以讓機器人在視覺目標移動的情況下進行視覺伺服。對于現有的方法，當特征點固定時，移動機器人可以正確的到達期望位姿處，不過當特征點移動后，移動機器人難以到達期望的位姿處。為了監視特征點的移動，我們在實驗場景中增加了一個監視攝像機，當特征點移動之后移動機器人仍然可以到達期望位姿。通過監視攝像機的圖像，利用POSIT算法計算出移動后的特征點與監視攝像機的關系。進而計算出相應的坐標系和特征點之間的關系。利用坐標系變換規則，我們就可以根據實時的圖像反饋信息計算出當前位姿和期望位姿之間的旋轉矩陣和平移向量。利用基于極坐標表示法的控制器驅動移動機器人到達期望位姿處。仿真與實驗結果均證明本方法有效可靠。

本發明提供的移動機器人的視覺鎮定系統方法包括：

一種動態場景中輪式移動機器人的視覺鎮定系統，其特征包括以下步驟：

第1，定義系統坐標系

第1.1，系統坐標系的描述