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移动机器人视觉系统抖动动态补偿方法研究与仿真

邵益凯  
【摘要】: 移动机器人在运动过程中,由于路面不平整等原因会引起视觉系统的抖动,从而使得所获图像模糊不清,这给后续的目标跟踪和视觉导引等作业带来很大的困难。为此,哈尔滨工业大学机电学院仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室设计了视觉系统防抖装置,本文以该装置为基础,开展抖动动态补偿方法的相关研究,目的在于稳定摄像头所获图像,提高移动机器人视觉系统的性能。 首先,根据抖动动态补偿的要求对已有防抖装置进行了改进设计,增加横滚关节,提高其防抖能力。同时设计了三轮轮式移动机构,建立了带视觉系统防抖装置的轮式移动机器人虚拟样机。 其次,针对六自由度视觉系统防抖装置,在不考虑各个关节的运动规划量的前提下,提出了抖动动态补偿方法。基于传感器所测抖动信息,通过对抖动进行等效变换,利用防抖装置运动学模型,推导出各关节的抖动补偿量,以此作为各关节变量的调整值。 然后,根据视觉系统防抖装置的特点,确定了抖动动态补偿的控制方法,进一步对防抖装置进行动力学分析,并利用动力学模型构建了基于ADAMS和MATLAB的联合仿真控制系统。 最后,利用设计出的视觉系统防抖装置,进行了人为抖动环境下的抖动动态补偿运动仿真,结果表明:通过抖动动态补偿可以从幅值上大幅削减摄像头的抖动,使得摄像头位姿变化的峰-峰值下降率在76%以上。同时还利用设计出的轮式移动机器人,进行了凹凸不平的虚拟路面环境下的抖动动态补偿运动仿真,结果表明:抖动动态补偿方法可有效的减小摄像头的抖动量,平滑位姿曲线。综合两个仿真实验可知:本文提出的抖动动态补偿方法有效可行。


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