机器人视觉引导系统的关键技术研究

上海海运学院硕士学位论文港口装卸自动化中的机器人视觉引导系统的关键技术研究姓名：姜桂祥申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：杨忠根20031201港口装卸自动化中的机器人视觉引导系统的关键技术研究作者：姜桂祥学位授予单位：上海海运学院相似文献(5条)1.学位论文蔡国斌视觉导引AGV的图像处理技术2005数字图像处理技术是从20世纪60年代以来随着计算机技术和VLSI的发展而产生、发展和不断成熟起来的一门新兴技术,在各个领域获得了巨大的成就,而随着AGV越来越广泛的应用,其导引技术的研究日益深入,如何使用数字图像处理技术来导引AGV成为国内外众多研究者的工作热点.视觉导引就是用计算机模拟人眼的视觉功能,从图像或图像序列中提取信息,对客观世界的三维景物和物体进行形态和运动识别,获取周围环境的信息,指导机器人进行运动.其中,提高视觉导引系统的路径识别以及路径跟踪能力是关键所在.本文以上海港机厂的一个项目所建立的AGV研究平台为依托,进行了旨在提高视觉导引AGV路径识别和路径跟踪的准确性、稳定性和实时性的研究.本文的研究主要包括以下内容:(1)给出了AGV视觉导引系统硬件体系的构建方案.(2)介绍了本视觉导引系统所使用数字图像处理技术,在此基础上通过实验比较了几种常用的图像分割技术对路面图像实际的分割效果,并编制程序进行了计算验证.根据结果确立了采用HSL颜色模型对图像进行阈值化分割,相比传统的灰度图像分割法以及基于RGB颜色空间的阈值分割法,它利用的信息量大,抗噪声干扰小,使后期处理的精度更加高.(3)以MATLAB的模糊控制工具箱为研究平台,设计了一个双输入单输出的模糊控制器进行路径跟踪,其中输入为AGV车体纵轴线相对于路径中线的距离偏差e和方向偏差α,输出为车轮的转向角β,通过使用MATLAB对不同的模糊控制规则进行分析得到了最佳的方案,最后计算了系统的模糊控制表以便程序查询使用.用DELPHI编制了基于HSL颜色阈值分割法的导引系统控制软件来验证控制算法的正确性.2.学位论文张进AGV视觉导引控制问题研究2003本文以“985”项目所建立的一个教学、科研AGVS平台为依托，开展了旨在提高AGV路径识别和路径跟踪的准确性、稳定性和实时性的研究。本文的研究主要包括以下内容：(1)构建了AGV视觉导引系统的硬件体系。(2)在分析各种常用的图像分割方法的基础上，通过离线实验方式比较了几种图像分割方法对拍摄到的路面图像的实际分割效果，根据实验结果提出了采用基于HSL颜色模型的阈值化分割方法分割路面图像。(3)根据拍摄到的图像和要获取的偏差的特点，在获取偏差时直接从原始图像上抽取中间有限行进行处理，获得了比较好的效果。这样处理既保证了所要获取的偏差的准确性又大大减少了计算量，提高了系统的实时性。(4)本文以AGV车体纵轴线相对于路径中线的方向偏差和侧向位置偏差为输入，AGV转向轮的转角为输出设计了一个模糊控制器进行路径跟踪，有效克服了AGV路径跟踪系统的非线性和不确定性的不良影响，提高了系统的鲁棒性。(5)研究了在LabVIEW这一新的图形化编程环境下控制算法的实现问题。最后，通过实验验证了本文所提出的算法的有效性。3.学位论文姜涌基于计算机视觉的导引系统中若干关键技术的研究与实现2006基于计算机视觉的导引系统是计算机视觉工程应用的一个方面。由于它导引精度较高，设备价格较低廉，并且可以根据环境的具体情况对导引轨迹进行自主调整，近几年来被广泛地应用到工程实践中。本文主要对视觉导引系统中的三个主要技术环节——目标的提取、描述和跟踪，开展了深入的理论分析和试验研究工作，取得了满意的成果；并已将这些研究成果运用到两个实际的导引系统——无人机自动回收系统和码头装卸车自动导引系统，都取得了很好的实用效果。在工程应用方面，本文首先总结了基于计算机视觉的导引系统的共同特点，即都具有三个主要的技术环节：导引目标的提取、导引目标的描述和识别、导引目标的跟踪。提出了视觉导引系统的设计思路：通过对这三个技术环节的设计，将它们设计为相互关联的三个功能模块。然后再以此为中心，根据系统的具体要求搭建外围设备。并且以此方法对上述的两个视觉导引系统进行了方案的设计和数学建模的论证。在关键技术研究方面，本文重点做了三个方面的研究：1.对导引目标的提取技术做了深入的研究。在边缘检测方面，认为对图像的边缘进行检测时，要考虑到边缘的矢量性，提出了一系列的基于形态学梯度矢量的边缘检测算子——DMGO；在图像分割方面，在最佳阈值分割算法的基础之上，提出了一种多尺度的最佳阈值分割方法——MSOT；在二值图像的修补方面，提出了一种快速简单的孤点消除、断点连接的算法，可以对图像分割后的二值图像进行优化，使图像中的边缘更加完整和平滑。2.在导引目标的描述技术方面。本文分析了不变矩描述子、改进了不变矩描述子的缺陷，以及不变矩描述子的一些几何特性。首次提出了一种新颖的用于目标区域识别的描述子——EED描述子。对EED描述子的平移、旋转、缩放的不变性给出了规整的数学理论证明；并提出了EED还具有对多尺度性、细节差异、形变的不变性。对于不同噪声干扰后的二值图像中的目标区域，均能进行很好地描述和识别。并且针对上述特点给出了不少的例证。3.本文还指出了导引目标跟踪应该以系统跟踪的速度和精度作为评价的指标。建立了窗口跟踪法跟踪视觉目标的数学模型，指出了视觉处理中有两个重要的方面直接影响着跟踪的速度和精度——跟踪窗口的大小和位置、图像处理的质量。首次提出了一套完整的、用于基于视觉导引系统的目标跟踪功能模块解决方案。最后，对上述的两个导引系统进行了详细的设计，将本文主要的研究成果应用到这两个导引系统中，并实现了原理样机。在码头装卸车自动导引系统中，文章首次提出了十分新颖的AGV的自动导引方式——利用计算机视觉和车轮编码器进行航位推算（DR）的自动导引方案，并将其实现为原理样机。试验证明：本文的研究成果对视觉导引系统的导引速度和精度都有明显的提高，有较高的工程应用价值，对于基于计算机视觉的导引系统的进一步工程应用起到了推进作用。4.期刊论文柯常忠.张勇波.KeChangzhong.ZhangYongbo图像处理技术在AGV视觉导引控制中的应用-武汉理工大学学报（信息与管理工程版）2006,28(4)综合考虑自动引导车(AGV)视觉导引控制的技术要求和特点,确定了AGV视觉导引控制系统图像处理的流程,并根据该流程依次分析了图像预处理、图像分割和特征提取的特点和要求,确定了适合AGV视觉导引控制的图像处理算法,以VisualC++为软件开发平台,实现AGV视觉导引控制的计算机图像处理系统,为图像处理技术在AGV视觉导引控制中的应用提供一个较为简单而可行的方法.5.学位论文朱振友焊接机器人初始焊位视觉识别与导引研究2004本文针对将立体视觉引入到焊接机器人对初始焊接位置的导引过程中这个问题进行了深入研究,首先建立了焊接机器人的手-眼立体视觉系统,采用一个摄像机在两个不同空间位置取像的方式,实现了对被焊工件的场景立体取像.并且针对工业现场中应用较多的普通工业机器人,建立了基于网络的通讯方式,实现了主控计算机可以实时的监测与控制焊接机器人的姿态与动作的功能,为焊接机器人的视觉导引研究奠定了必要的硬件基础.在搜索焊缝端点位置时,本文设计了基于动态变区域模板匹配方式的搜索方法,并对焊缝端点区域再次进行图像分割处理,大大减少了后续图像处理的工作量,并且降低了场景中的图像干扰因素对于识别结果的干扰,比传统的全局图像处理具有更强的鲁棒性.在对图像特征提取过程中,根据焊缝端点附近区域图像的特征,结合焊缝图像的特点,开发了一套适用于焊缝端点小区域图像处理的算法,其中包括中值滤波技术、LoG算法边缘检测技术、基于类间距离的自动化阈值分割技术以及骨架细化技术等,并编制了完整的图像处理软件.通过试验对设计的图像处理算法及立体匹配算法进行了验证,实现了对空间目标点的空间定位,并且对焊接机器人进行了初始焊接位置的导引试验,对整个系统进行了验证.本文链接：：2010年4月25日