一种实现目标识别与跟踪的轮式移动机器人设计及实验

摘要

本文在参考了国内外现有机器人的基础上，设计了一台智能轮式移动机器人实验样机，并在实验样机上进行了人体目标识别、跟踪以及避障等方面的研究与实验。 首先，给出了机器人的总体设计方案及机器人机械结构、硬件电路以及控制软件这三部分详细的设计方案。在机械部分给出了原动与传动系统、材料选择、底盘安装以及结构等方面的设计；在硬件电路部分给出了总体硬件结构、无线通讯、直流电机控制、传感器数据采集以及GPRS远程控制等方面的设计；在控制软件部分给出了总体软件架构、避障以及环境信息检测等方面的流程设计。 然后，给出了机器人识别人体目标的具体方法。分别给出了机器人系统中视频的采集、视频图像的预处理以及基于特征的人体目标识别方法。在视频帧图像预处理阶段，提出了一种快速实用的阴影消除方法。在目标识别阶段，实现了基于局部特征的目标识别方法。最后给出了识别算法的实验验证。 最后，给出了机器人跟踪人体目标的方法及实验。给出了将视频信息与超声波信息相结合，实现跟踪人体目标的方法、仿真及实验。将控制理论中的闭环反馈思想引入到视频跟踪过程中，提出了一种新的算法，即“一种多层分段式PID控制算法”。给出了将跟踪与避障策略相结合的机器人运动控制方法，并进行了计算机仿真以及实验验证。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1移动机器人概述

1.2机器人跟踪目标的研究现状

1.3本文的工作

第二章 移动机器人设计方案

2.1引言

2.2总体设计方案

2.3机械部分设计方案

2.3.1原动与传动系统设计

2.3.2材料的选择

2.3.3底盘安装设计

2.3.4结构设计

2.4硬件部分设计方案

2.4.1无线通讯部分

2.4.2直流电机控制部分

2.4.3 GPRS远程控制部分

2.4.4传感器数据采集部分

2.5软件部分设计方案

2.5.1主程序流程

2.5.2跟踪与避障相结合的程序流程

2.5.3 GPRS模块报警输出流程

2.5.4环境信息检测流程

2.6本章小结

第三章 移动机器人识别人体目标

3.1引言

3.2视频的采集

3.3视频图像预处理

3.3.1滤波去噪声处理

3.3.2消除目标阴影

3.4基于特征的人体目标识别

3.4.1样本获取与预处理

3.4.2样本的特征提取

3.4.3特征分类器的训练

3.4.4人体目标识别结果

3.5本章小结

第四章 移动机器人跟踪人体目标及实验

4.1引言

4.2机器人跟踪人体目标的方法

4.2.1机器人平台的运动学方程

4.2.2多层分段PID算法及应用

4.2.3跟踪与避障策略的结合

4.3仿真及实验

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献