基于視覺引導(dǎo)的自平衡機器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、兩輪式倒立自平衡機器人具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、運動回轉(zhuǎn)半徑小等特點，在服務(wù)類機器人、小球類運動機器人的研發(fā)中作為移動載體具有著無可比擬優(yōu)勢。近些年來，視覺跟蹤技術(shù)發(fā)展迅速，在移動機器人的研究中成為一個重要分支。將兩輪倒立自平衡車的控制技術(shù)與視覺導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合，將很大程度地擴展自平衡機器人的自主能力。本文旨在探討兩輪自平衡機器人三維運動建模、控制算法設(shè)計、視覺引導(dǎo)以及硬件等相關(guān)問題，為進(jìn)一步研究具有服務(wù)功能和小球類運動機器人打下先

2、期基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于拉格朗日法對自平衡機器人進(jìn)行了動力學(xué)分析，建立了自平衡機器人的三維動力學(xué)方程，為后續(xù)控制算法研究提供了較為全面的基礎(chǔ)動力學(xué)模型。⑵在得到動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，研究針對自平衡機器人保持直立穩(wěn)定，在以李雅普諾夫穩(wěn)定分析為基礎(chǔ)，分別討論了以已知模型條件下和未知模型自適應(yīng)條件下的Backstepping控制器設(shè)計;在控制自平衡的基礎(chǔ)上，又討論基于PD的轉(zhuǎn)向控制和基于PI的速度控制的算法實現(xiàn);對相應(yīng)控制

3、器進(jìn)行仿真，驗證控制器算法的正確性與有效性。⑶討論了基于顏色特征的目標(biāo)識別方法，利用HSV顏色空間的色度單通道圖像，建立目標(biāo)區(qū)域的顏色直方圖，并利用反向投影算法得到目標(biāo)主體顏色概率分布的灰度圖像，從而實現(xiàn)目標(biāo)與背景的分割;利用Meanshift搜索算法對跟蹤目標(biāo)進(jìn)行定位，確定目標(biāo)中心;采用Camshift目標(biāo)跟蹤算法實現(xiàn)根據(jù)每幀圖像確定的目標(biāo)位置設(shè)為下一幀圖像Meanshift搜索的起始點，實現(xiàn)連續(xù)目標(biāo)圖像的識別;根據(jù)攝像機小孔模型，估