收藏本站
《北京工业大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于双层协作定位机制的机器人运动人体跟踪方法研究

王爽  
【摘要】:随着机器人相关技术的发展,机器人逐渐走入到我们的生活中。运动人体跟踪技术作为机器人系统中的关键技术,近年来受到众多学者的关注。然而,现有跟踪方法易受非目标人体,目标突然转弯以及遮挡等问题的影响。为了解决上述问题,本研究提出一种基于双层协作定位机制的机器人运动人体跟踪方法,并开发了可视化的图形用户界面。最后,在装载有立体视觉系统和射频识别系统(Radio Frequency Identification,RFID)的Pioneer3-DX机器人平台上进行了实验验证。主要工作有如下几方面: (1)基于头肩模型的自适应模板匹配算法 在室内环境中,水平高度较低的位置可能存在人与背景的遮挡、混淆等问题。对于整个人体来说,头肩部分具有易区分、变化小、不易被遮挡等优点,故将人体头肩形状作为一个二维的识别模型以实现人体检测。本研究提出一种基于头肩模型的自适应模板匹配算法。该算法从二值图像中提取头肩模型,利用垂直投影直方图表征人体头肩的生理结构特征。根据提取的头肩模型及模板尺寸自动对二者进行归一化,以达到最佳匹配效果。最后,利用欧氏距离对二者进行匹配,实现对不同位姿运动人体检测。 (2)基于多特征的自适应均值漂移算法 针对传统均值漂移(mean-shift)算法对目标特征描述不完整、目标模型不能动态更新、无法解决目标遮挡等问题,本研究提出了基于多特征自适应均值漂移的目标跟踪算法。该算法在传统基于核函数mean-shift算法的基础上,利用头肩特征定位结果获得的人体躯干侧影改进核函数,消除背景颜色及纹理对目标模型的影响。在跟踪过程中,多特征互补信息提高了算法对目标特征的描述能力。提出选择性更新策略以实现自适应更新目标模型,该方法既有助于消除跟踪过程中的累积误差,又避免了过度更新模型造成的模型偏移。 (3)双层协作定位机制 为了有效结合RFID系统与立体视觉系统所获取的环境信息,本研究提出了一种双层协作定位机制。将基于RFID系统的外层粗定位结果与基于立体视觉系统的内层精确定位结果进行筛选、分析和处理,实现内外层协作定位,以提高复杂环境下机器人目标跟踪的准确性和鲁棒性。当目标突然转弯以致消失在相机视野中时,利用RFID系统粗定位结果为机器人运动提供导向,有助于机器人快速跟踪到目标;当目标人体被遮挡时,系统采用扩展卡尔曼滤波(Extend KalmanFilter,EKF)预测目标运动状态,解决了目标短暂遮挡情况下的跟踪问题。 (4)基于模糊控制的智能调速算法 针对复杂的环境,设计一个连续稳定的目标跟踪控制算法是必要的。本研究设计了基于模糊控制的智能调速算法,以实现机器人连续稳定跟踪人体。该算法首先根据人机运动状态,通过模糊化、模糊推理及解模糊化,实时自动调整基准线速度和转弯增益,并结合智能调速算法,保证机器人稳定地跟随目标运动。 实验结果表明,基于头肩特征的自适应模板匹配算法,实现了对不同位姿人体跟踪;基于多特征自适应的mean-shift算法,既能有效解决目标描述不完整,又能自动更新目标模型,明显地提高了跟踪的准确性;双层协作定位机制,有效地结合了外层粗定位结果与内层精确定位结果,提高了跟踪算法的准确性和鲁棒性;最后,根据人体运动状态,采用基于模糊控制的智能调速算法,实现机器人稳定连续地跟随运动人体。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP391.41

免费申请
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 王宇雄;章毓晋;王晓华;;4-D尺度空间中基于Mean-Shift的目标跟踪[J];电子与信息学报;2010年07期
2 张晓宇;苏宏业;;滑模变结构控制理论进展综述[J];化工自动化及仪表;2006年02期
3 郭伟斌;陈勇;;基于模糊控制的除草机器人自主导航[J];机器人;2010年02期
4 闵华清;黄欣欣;罗荣华;;基于激光和视觉信息的机器人目标跟踪方法[J];计算机技术与发展;2010年04期
5 戴渊明;韦巍;林亦宁;;基于颜色纹理特征的均值漂移目标跟踪算法[J];浙江大学学报(工学版);2012年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孔祥梅;李宏光;;滑模控制中一类趋近律的改进[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
2 朱玉川;马大为;李志刚;乐贵高;;带积分项的火箭炮最优化滑模伺服控制[J];兵工学报;2007年10期
3 陈福红;马大为;杨必武;朱忠领;;火箭炮交流伺服系统全局滑模控制[J];兵工学报;2012年06期
4 白国长;祁晓野;王占林;;具有相乘非线性的马达速度鲁棒控制[J];北京航空航天大学学报;2008年07期
5 赵霞;姜玉宪;吴云洁;周尹强;;基于多模态滑模的快速非奇异终端滑模控制[J];北京航空航天大学学报;2011年01期
6 梅杨;杨贺升;李正熙;;基于滑模变结构的间接矩阵变换器—异步电机控制系统研究[J];变频器世界;2011年10期
7 李晓刚;刘晋浩;;基于反演设计的码垛机器人神经网络自适应控制[J];包装工程;2012年01期
8 吉桐伯;王红宣;杨秀华;;基于SMC的大型光电跟踪平台直流调速系统算法[J];吉林大学学报(信息科学版);2009年01期
9 高宏宇;邵克勇;李艳辉;;不确定系统的上界自适应动态神经滑模控制[J];吉林大学学报(信息科学版);2010年03期
10 陈瑜;吴汉松;宋立忠;;船舶航向控制中的一种模糊滑模控制器设计[J];船电技术;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董磊;刘贤兴;孙宇新;;无轴承异步电机径向悬浮力的微分几何变结构解耦控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 杨林;樊立萍;;基于模糊的电气伺服系统等效滑模变结构控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 张娴;程月华;姜斌;;基于滑模观测器和变结构控制的小卫星姿态控制系统设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 李岳明;郭冰洁;庞永杰;;滑模变结构控制削弱抖振的一种方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 王亚慧;程培新;赵亚丹;张桐;;针对时滞系统的RBF神经网络滑模控制策略[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 李岳明;万磊;王波;;新型切换函数滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 孙衢;王永玉;;基于云模型的非线性系统智能滑模控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 靳添絮;刘立;陈树新;卢月品;;伺服系统位置控制中基于扩展状态观测器的变结构控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 陈堂贤;陈安庆;卢永杰;付贤东;;HVDC换流变压器分接头的滑模控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 高洁;孙鹤旭;董砚;何林;;开关磁阻电机RBF神经网络滑模控制器的设计与转矩脉动优化的研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘攀;绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 权建洲;高速工况下H型桁架定位平台的建模与同步控制[D];华中科技大学;2010年
3 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
4 褚端峰;客车行驶稳定性控制的关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
5 罗珂;基于输出预测和LMI方法的电力系统广域阻尼控制研究[D];山东大学;2010年
6 张志锋;感应电机无速度传感器直接转矩控制关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
7 关丽荣;基于反推技术的永磁直线同步电机控制策略研究[D];沈阳工业大学;2010年
8 王云峰;硫化镍矿选矿过程模型及优化策略研究[D];兰州理工大学;2010年
9 田杰;汽车线控转向系统动力学分析与控制方法研究[D];江苏大学;2011年
10 龚宇雷;微电源并网同步检测与定功率输出控制技术研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 何凤平;迟滞系统的滑模变结构控制算法研究[D];浙江理工大学;2010年
3 王仁政;减摇鳍电液负载仿真台控制系统的分析设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 姜辉;二级倒立摆控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王嘉男;海洋潜器全方位推进器主轴控制系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 朱志伟;基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器研究[D];大连理工大学;2010年
7 焦辰辉;基于模糊滑模控制的三维桥式吊车系统[D];大连理工大学;2010年
8 雷家宁;三相光伏并网发电系统研究[D];长沙理工大学;2010年
9 刘斐;冷凝器清洗机器人轨迹跟踪的滑模控制方法研究[D];长沙理工大学;2010年
10 阮挺;多级倒立摆系统的滑模变结构控制研究[D];湘潭大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 曹付元;梁吉业;姜广;;基于邻域模型的K-means初始聚类中心选择算法[J];计算机科学;2008年11期
2 邱白晶,钱国宏,周宁,崔军;割草机器人避障控制[J];江苏大学学报(自然科学版);2005年04期
3 杨为民,李天石,贾鸿社;农业机械机器视觉导航研究[J];农业工程学报;2004年01期
4 陈勇,田磊,郑加强;基于直接施药方法的除草机器人[J];农业机械学报;2005年10期
5 彭宁嵩,杨杰,刘志,张风超;Mean-Shift跟踪算法中核函数窗宽的自动选取[J];软件学报;2005年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 侯学贵;除草机器人杂草识别与视觉导航技术研究[D];南京林业大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王越超;人与机器人共存,知识与技术共融──'99国际机器人展览会印象[J];机器人技术与应用;2000年02期
2 ;机器人牧羊犬[J];机器人技术与应用;2000年03期
3 ;中国第一代消防机器人[J];机器人技术与应用;2000年06期
4 李贻斌;现代科技革命与机器人的发展[J];山东交通学院学报;2002年04期
5 顾勇平,周华平,马宏绪;多足机器人群控策略及可靠性问题[J];机器人;2002年02期
6 庄严,王伟,恽为民;基于网络的机器人控制技术研究现状与发展[J];机器人;2002年03期
7 刘方湖,马培荪,陈建平;管道形轮腿式月球探测机器人[J];机械工程学报;2002年11期
8 孙立宁;;机器人技术国内外发展状况[J];国内外机电一体化技术;2002年04期
9 耿海军;;“机器人”战争离我们有多远?[J];国防科技;2002年10期
10 王桂兰 ,文少波 ,张海鸥;面向等离子熔射制模的机器人轨迹生成系统的实现[J];航空制造技术;2003年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨朝虹;张海珠;;机器人技术的应用与发展[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年
2 王明辉;王楠;李斌;;面向灾难救援的机器人控制站系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
3 郭戈;王燕;王伟;;一种多机器人协作方法[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
4 崔世钢;邴志刚;彭商贤;王玉东;;基于远程脑概念的服务机器人开发平台的设计与研究[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
5 杨莹;丁堃;许侃;;国际机器人科学知识前沿演化的可视化分析[A];科学学理论与科学计量学探索——全国科学技术学暨科学学理论与学科建设2008年联合年会论文集[C];2008年
6 唐矫燕;赵群飞;黄杰;杨汝清;;基于两足步行椅机器人的人在环中的助残机器人控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 薛颂东;曾建潮;杜静;;具运动学特性约束的群机器人目标搜索[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
8 张国伟;李斌;龚海里;王聪;郑怀兵;;废墟洞穴搜救机器人控制软件设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
9 崔世钢;方景林;刘嘉焜;彭商贤;邴志刚;;服务机器人开发中测控问题的研究[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
10 吴国盛;李云霞;李骊;;一种基于极坐标系下的机器人动态避碰算法[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 冬冬;看看自动化机器人在包装业中能起多大作用[N];中国包装报;2005年
2 莽九晨 周之然;有感“机器人道德法”[N];人民日报;2007年
3 记者 陈琳;机器人总动员[N];第一财经日报;2010年
4 记者 孙亚斐;千余支队伍携机器人亮相金城[N];兰州日报;2011年
5 崔鑫;机器人也能和您一起下厨[N];北京科技报;2012年
6 特约记者 杨保国;中国科大“蓝鹰”称雄机器人世界杯[N];大众科技报;2007年
7 本报记者  陈淑娟;机器人走近生活[N];计算机世界;2006年
8 虎虎;科学好玩(三)[N];四川科技报;2007年
9 孙潜彤;新松公司:在机器人研发领域显身手[N];经济日报;2008年
10 财宣凃贤平;常州成立首家机器人研究室[N];常州日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁滢颍;基于个性的多机器人协作研究[D];浙江大学;2005年
2 Dioubate Mamady I;基于进化免疫系统理论的多机器人协作和机器人目标探索研究[D];中南大学;2009年
3 侍才洪;一种伤员换乘转运机器人的设计研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2010年
4 赵立军;室内服务机器人移动定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 李珺;基于强化学习的多机器人追捕问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 任宗伟;基于晶体结晶理论的模块化自重构机器人重构策略的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 蔡云飞;多机器人协作定位及系统架构研究[D];南京理工大学;2011年
8 兰晓娟;一种新型水下球形机器人的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
9 何永义;基于视窗平台的机器人控制技术研究及实现[D];上海大学;2001年
10 王岚;拱泥机器人的控制系统及路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋莹;多机器人协同探测的任务分配和避碰方法研究[D];中南大学;2008年
2 姚伟;自主吸尘机器人的“基于行为”设计[D];辽宁工程技术大学;2008年
3 杨柳;未知环境下的多机器人协调合作的研究[D];华北电力大学(北京);2009年
4 鲍敦桥;仿真类人机器人设计及高层决策方法的研究[D];合肥工业大学;2009年
5 韩雪峰;导盲机器人[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 余婷;多机器人队列曲线运动研究[D];上海交通大学;2009年
7 马斌奇;多机器人协作与控制策略研究[D];西安电子科技大学;2009年
8 张晓蕾;机器人数字化成形加工信息集成原型系统研究[D];华中科技大学;2008年
9 王锋;井下探测机器人通信及音视频系统应用研究[D];山东大学;2009年
10 徐坤;搜救机器人人机协作行为控制研究[D];山东大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026