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基于双目视觉的移动机器人平台设计

作　者: 潘悦维
导　师: 万衡; 王英
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 移动机器人 双目视觉 分层控制 视觉跟随
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 65次
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内容摘要


本文通过对移动机器人的控制方案以及系统整体架构进行详细的需求分析,采用了移动机器人基于运动学模型的控制方案,并且进行了总体的方案设计。同时,采用了Kinect作为移动机器人的双目视觉传感器,构造出移动机器人的双目视觉系统。根据总体的设计方案,本文对基于双目视觉的移动机器人进行了软、硬件平台的设计开发。在软件系统中,本文对上位机软件系统的软件做出了详细的描述以及设计,同时也对底层运动控制系统的软件系统进行了相应的设计,其中包括了运动控制主程序设计以及运动控制算法设计。在硬件系统中,本文采用了Altera公司的EP2C5FPGA芯片作为移动机器人底层运动控制系统的主控芯片,在对系统硬件进行可靠性设计的基础上对底层运动控制器进行了详细的板级硬件电路设计,同时对底层运动执行机构进行了设计以及选型。最后通过移动机器人的样机实验验证了双目移动机器人的跟随性能,并且在2013年的中国机器人大赛家庭服务机器人组Follow项目中取得了三等奖,通过实战检验了其跟随性能以及整个移动机器人平台的稳定性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 研究目的及意义  9
  1.2 移动机器人的主要研究热点  9-11
    1.2.1 移动机器人的控制方案及其架构  9-10
    1.2.2 移动机器人的视觉研究  10
    1.2.3 移动机器人的路径规划  10-11
    1.2.4 基于多传感器的信息融合技术  11
    1.2.5 基于多智能体(Multi-Agent)的移动机器人系统  11
  1.3 移动机器人的国内外研究现状  11-15
    1.3.1 移动机器人的国外研究现状  11-14
    1.3.2 移动机器人的国内研究现状  14-15
  1.4 双目移动机器人控制系统的设计要求  15-16
  1.5 论文的主要研究内容  16-18
第2章 移动机器人的系统架构控制方案设计  18-25
  2.1 移动机器人的基本系统组成  18-19
  2.2 移动机器人采用的层次架构  19-20
  2.3 移动机器人底盘控制方案的选择  20-22
    2.3.1 移动机器人的运动学模型  20-21
    2.3.2 移动机器人的动力学模型  21-22
  2.4 移动机器人的控制方案  22-24
  2.5 本设计中所采用的移动机器人系统架构和控制方案  24
  2.6 本章小结  24-25
第3章 基于Kinect的机器人双目视觉系统  25-37
  3.1 双目立体视觉技术的主要研究内容  25-26
  3.2 双目立体视觉的基本原理  26-27
  3.3 摄像机标定  27-31
  3.4 移动机器人的双眼——Kinect  31-36
    3.4.1 Kinect的硬件组成  31-33
    3.4.2 Kinect的工作原理  33-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 移动机器人控制系统的软件设计  37-54
  4.1 移动机器人的软件开发环境  37-39
    4.1.1 上位机软件系统开发环境  37-38
    4.1.2 底层控制系统软件开发环境  38-39
  4.2 移动机器人软件系统的总体架构  39-40
  4.3 上位机系统软件设计  40-49
    4.3.1 双目视觉子程序设计  42-44
    4.3.2 控制决策子程序设计  44-48
    4.3.3 串口通信子程序设计  48-49
  4.4 底层运动控制软件系统设计  49-53
    4.4.1 运动控制系统主程序设计  50-51
    4.4.2 运动控制算法程序设计  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 移动机器人控制系统的硬件设计  54-69
  5.1 整体硬件设计方案  54-55
  5.2 底层运动控制器的设计  55-62
    5.2.1 FPGA的基本概念  55
    5.2.2 FPGA的选型  55-56
    5.2.3 板级电源设计  56-58
    5.2.4 50MHz时钟  58
    5.2.5 JTAG接口  58-59
    5.2.6 AS配置接口  59
    5.2.7 外部存储器SDRAM  59-60
    5.2.8 RS-232串口  60-61
    5.2.9 与运动执行机构之间的接口设计  61-62
  5.3 底层运动执行机构设计  62-66
    5.3.1 电机全桥驱动电路设计  62-64
    5.3.2 电机的选型  64-65
    5.3.3 光电编码器  65-66
  5.4 硬件的可靠性设计  66-68
  5.5 本章小结  68-69
第6章 基于双目视觉的移动机器人实验研究  69-74
  6.1 底层运动控制器的测试  69-70
  6.2. 双目视觉系统测试  70-71
  6.3 移动机器人跟随性能测试  71-73
  6.4 本章小结  73-74
第7章 总结与展望  74-76
  7.1 本文工作总结  74
  7.2 后续工作展望  74-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
作者在攻读硕士学位期间发表的论文以及专利  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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