基于计算机视觉的六足机器人运动规划研究

作     者：余欣洋 yuxinyang

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾维;赵丽

授予年度：2021年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：六足机器人 OpenCV 自主运动 障碍物识别 路径规划 

摘      要：随着科学技术领域的不断拓展,多足机器人的应用范围也得到了广阔的延伸,例如灾害救援、军事任务、核电厂检测任务和深海空间探测等,可以很好地代替人类完成危险的工作。六足机器人作为国内外机器人研究的重点,具有机动性能好、适应复杂环境能力强等优势。随着六足机器人应用技术的快速发展,六足机器人的技术导向更加倾向于机器人的自主控制,即六足机器人不再依靠人为远程控制,而是通过机器人自身搭载的主控模组,控制六足机器人的自主准确运动。因此,研究六足机器人的自主准确运动,对未来六足机器人的功能拓展和民用化具有重要意义。本设计主要解决六足机器人自主运动规划问题。旨在计算机视觉技术的基础上,使用Open CV（Open Source Computer Vision Library）图像处理算法、障碍物应对方案和路径规划算法,实现六足机器人在无人工干预条件下自主运动。本文所涉及的工作内容如下:（1）通过查阅大量国内外的相关文献,总结了该领域中所涉及的研究重点和相关问题,分析对比各类目标检测算法和路径规划算法,最终提出一种改进后的六足机器人自主运动方案。该方案将结合全局路径规划和局部路径规划两种算法,有效解决六足机器人在自主运行过程中,应对不同类型障碍物的决策问题。（2）针对计算机视觉技术,重点研究了双目相机的成像原理和标定方法、基于SAD（Sum of Absolute Differences）窗口的BM（Boyer-Moore）立体匹配方法,以及空间物体深度测量方法。利用Open CV图像算法和MATLAB软件工具加以实现。（3）在计算机视觉的基础上,重点研究了六足机器人的自主运动规划设计。利用视觉技术,对六足机器人行进区域障碍物的物理信息进行计算。同时将提取结果作为障碍物类型（障碍物Ⅰ-Ⅲ）的评判指标。针对不同类型的障碍物应对问题,提出了一种适合于六足机器人的应对策略。在全局路径规划方面,优化了A*路径规划算法,改善了传统算法运算速度慢、拐角多等弊端,提高了系统的实时性,并在MATLAB软件仿真中得到验证。（4）完成了系统功能的软件仿真与实地环境测试。在本系统的测试样机上,搭建软件测试环境。借助MATLAB软件提供的仿真工具,对六足机器人的自主运动规划方案进行仿真,降低了调试过程中的研发成本。在完成MATLAB平台的仿真实验后,对六足机器人进行实地环境测试,验证了本文提出的自主运动规划方案。最终测试结果表明,系统功能正常。六足机器人在距离障碍物60cm的范围内,识别障碍物的误差能够控制在10.67cm以内（距离误差1.55cm、长度误差10.67cm以及高度误差8.8cm）。在本测试环境下,六足机器人安全通过障碍物并抵达目标点的成功率为97%。因此,本设计所提出的方案具有一定的实用性,为六足机器人自主运动技术的进一步研究提供了参考价值。