基于單目視覺的掃地機(jī)器人定位算法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn).pdf

1、掃地機(jī)器人逐漸走入人們的日常生活中，目前國(guó)外許多掃地機(jī)具備視覺導(dǎo)航定位功能，清潔效果好但價(jià)格昂貴。相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)視覺定位掃地機(jī)器人剛起步，性能仍存在差距。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于室內(nèi)天花板的掃地機(jī)器人單目視覺定位算法，使用低成本的視覺傳感器實(shí)現(xiàn)了精度較高和魯棒性較強(qiáng)的定位效果。本文主要工作如下:
　　1.建立定位模型。根據(jù)圖像像素坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系、機(jī)器人坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立了掃地機(jī)器人單目視覺定

2、位算法的數(shù)學(xué)模型，得出兩幀之間的位姿求解公式，并進(jìn)行誤差傳播分析，以此確定了像素間距離的閾值。
　　2.改進(jìn)天花板圖像處理算法。本文通過對(duì)圖像網(wǎng)格化、融合FAST與Shi-Tomasi特征點(diǎn)提取算法、對(duì)特征點(diǎn)添加方向信息等策略，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種改進(jìn)的特征點(diǎn)提取算法，提取的特征點(diǎn)在圖像中分布均勻，適用于處理能力有限的嵌入式系統(tǒng)。使用慣性測(cè)量數(shù)據(jù)縮小特征點(diǎn)匹配范圍，改進(jìn)了特征點(diǎn)匹配算法，實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)的匹配算法大幅減少了誤匹配與耗時(shí)。<

3、br>　　3.消除增量式視覺里程計(jì)帶來(lái)的累積誤差，并減輕存儲(chǔ)運(yùn)算壓力。通過改進(jìn)關(guān)鍵幀的選擇策略以及剔除冗余關(guān)鍵幀，提升算法運(yùn)行效率。采用改進(jìn)基于關(guān)鍵幀的回環(huán)檢測(cè)算法，結(jié)合全局位姿優(yōu)化消除累積誤差。對(duì)于在平面運(yùn)動(dòng)的掃地機(jī)器人，添加局部以及全局平面約束，提高定位算法的精度。
　　4.驗(yàn)證算法的有效性。將算法實(shí)現(xiàn)并移植到嵌入式掃地機(jī)器人平臺(tái)上，在OptiTrack真實(shí)軌跡捕捉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行了多組定位實(shí)驗(yàn)，對(duì)視覺定位軌跡進(jìn)行絕對(duì)軌跡誤差分析。