[发明专利]动态场景中轮式移动机器人的视觉镇定控制

说明书

一种动态场景中轮式移动机器人的视觉镇定系统的设计。本文基于单目的轮式移动机器人提出了一种新颖的方法，可以让机器人在视觉目标移动的情况下进行视觉伺服。对于现有的方法，当特征点固定时，移动机器人可以正确的到达期望位姿处，不过当特征点移动后，移动机器人难以到达期望位姿处。为了监视特征点的移动，我们在实验场景中增加了一个监视摄像机，当特征点移动之后移动机器人仍然可以到达期望位姿。通过监视摄像机的图像，利用POSIT算法计算出移动后的特征点与监视摄像机的关系，进而计算出相应的坐标系和特征点之间的关系。利用坐标系变换规则，根据实时的图像反馈信息计算出当前位姿和期望位姿之间的旋转矩阵和平移向量。利用基于极坐标表示法的控制器驱动移动机器人到达期望位姿处。仿真与实验结果均证明本方法有效可靠。

技术领域

本发明属于计算机视觉与移动机器人的技术领域，特别是涉及一种动态场景中轮式移动机器人的视觉镇定控制方法。

背景技术

日常生活中，人类针对绝大多数外界信息是通过眼睛接收的，可以看出视觉传感器的重要性。在移动机器人上安装视觉传感器，能使其变得更加智能并且应用领域更加广泛，诸如智能交通、深海勘探和家居服务。随着控制理论和视觉感知的进步，吸引着越来越多的人研究机器人视觉镇定控制。对于单目视觉系统，视觉特征的3D模型缺失是其固有问题，再加上轮式移动机器人非完整性约束给机器人视觉镇定带来了更大的挑战。现有的一些方法是在场景中建立固定特征点来进行视觉镇定，所以当特征点移动时现有的方法难以实现机器人的视觉镇定任务。

对于轮式移动机器人，它是一个具有非完整的运动约束欠驱动系统。移动机器人有两个基本任务：第一是轨迹跟踪控制；第二个是从初始位姿到目标位姿，即镇定控制。移动机器人配备了视觉传感器，将视觉信息作为反馈量来控制移动机器人实现镇定控制。但图像特征点在整个视觉伺服过程必须保持不变，在实际应用中由于工作空间因素等诸多原因有时会移动特征点。因此需要设计在特征点移动的状况下机器人仍然能够进行准确的视觉伺服。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法解决特征点移动的情况，这将会大大提高机器人的适应能力。

本发明提出一种动态场景中轮式移动机器人的视觉镇定系统的设计。本文基于单目的轮式移动机器人提出了一种新颖的方法，可以让机器人在视觉目标移动的情况下进行视觉伺服。对于现有的方法，当特征点固定时，移动机器人可以正确的到达期望位姿处，不过当特征点移动后，移动机器人难以到达期望的位姿处。为了监视特征点的移动，我们在实验场景中增加了一个监视摄像机，当特征点移动之后移动机器人仍然可以到达期望位姿。通过监视摄像机的图像，利用POSIT算法计算出移动后的特征点与监视摄像机的关系。进而计算出相应的坐标系和特征点之间的关系。利用坐标系变换规则，我们就可以根据实时的图像反馈信息计算出当前位姿和期望位姿之间的旋转矩阵和平移向量。利用基于极坐标表示法的控制器驱动移动机器人到达期望位姿处。仿真与实验结果均证明本方法有效可靠。

本发明提供的移动机器人的视觉镇定系统方法包括：

一种动态场景中轮式移动机器人的视觉镇定系统，其特征包括以下步骤：

第1，定义系统坐标系

第1.1，系统坐标系的描述