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基于两轴直线驱动的仿生视觉平台研究

作　者: 金炜
导　师: 余文勇；艾武
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 视觉平台模式识别智能追踪 Kalman滤波器直线驱动
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 29次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

根据自主视觉导引机器人(如无人驾驶、自动导航、机器手作业、空间探测等)在复杂场景下因颠簸、振动、坡度变化、离焦和目标快速移动造成成像不理想甚至失去对目标的跟踪问题,本文提出了一种自主机器人仿生视觉平台,该平台仿照人眼运动机理,通过两轴直线电机驱动模型可对目标物体进行随动跟踪。本文首先介绍了视觉平台的整体设计思路,并提出了整套视觉平台的机械运动结构设计。在此基础上,全文分别从数据输入阶段(模式识别与目标跟踪),中间处理阶段(位姿调整策略)以及运动输出阶段(直线电机运动控制)加以展开,详细讨论了各阶段中的处理流程及系统结构。在模式识别与目标跟踪阶段,本文首先通过常用的图像预处理方法获取质量较好的图像信息,并通过图像锐化,图像分割,边缘追踪等一系列处理过程获取目标的特征信息;之后利用kalman滤波器完成对目标物体的跟踪预测。在此过程中,本文比较了不同处理算法的优劣,并在matlab中进行了大量的实验仿真。通过对目标运动预测以及特征匹配,目标在视野坐标系下的位置信息将作为输入传递到位姿调整策略中,本文进而对视觉平台进行了运动学建模,建立了目标位置与电机位移的对应关系。最后,本文分析了直线电机的运动控制过程,并分别采用速度环和位置环对输出情况进行了仿真。除此以外,本文还设立了一些干扰场景来检验视觉平台的工作性能,从仿真结果来看,直线电机高响应性特点不仅可以达到预期的追踪效果,而且有能力应对外界的干扰。本研究为自主机器人智能追踪系统提供关键基础部件的设计原理和方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究目的和意义  8-9
  1.3 国内外发展现状  9-14
  1.4 本文的主要工作  14-15
2. 基于直线电机的仿生成像平台与运动学建模  15-22
  2.1 运动平台结构设计  15-16
  2.2 姿态调整策略  16-17
  2.3 电机位置与摄像头位姿对应关系  17-18
  2.4 全局坐标系中目标定位  18-19
  2.5 由追踪物体位置反求直线电机目标位置  19-21
  2.6 本章小结  21-22
3 仿生视觉平台的驱动及控制策略  22-28
  3.1 直线电机的性能特点  22-23
  3.2 直线电机速度环控制策略  23-24
  3.3 直线电机位置环控制策略  24-25
  3.4 系统仿真  25-27
  3.5 本章小结  27-28
4 模式识别与目标追踪  28-52
  4.1 实时图像获取及处理方法概述  28-29
  4.2 图像预处理  29-32
  4.3 图像分割及模式识别  32-45
  4.4 目标追踪预测算法  45-50
  4.5 本章小结  50-52
5 仿真及测试  52-57
  5.1 模式识别阶段仿真  52-54
  5.2 预测及跟踪阶段仿真  54-57
6. 总结与展望  57-59
  6.1 全文总结  57-58
  6.2 研究展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录 (攻读硕士学位期间发表论文)  64

基于两轴直线驱动的仿生视觉平台研究

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