發(fā)布時(shí)間：2020-04-11 08:22

【摘要】：本論文關(guān)注立體視覺(jué)里程計(jì)的定位技術(shù)研究,旨在實(shí)現(xiàn)地下鏟運(yùn)機(jī)的自主定位算法。自主定位能力是智能鏟運(yùn)機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的基本要求之一,也是鏟運(yùn)機(jī)感知能力和智能水平的重要標(biāo)志。視覺(jué)里程計(jì)是從設(shè)備運(yùn)動(dòng)過(guò)程中獲取環(huán)境圖像,然后根據(jù)圖像信息來(lái)估計(jì)相機(jī)運(yùn)動(dòng)的一種相對(duì)定位方法。本文以國(guó)家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011AA060408)為依托,針對(duì)基于立體相機(jī)的視覺(jué)里程計(jì)方法進(jìn)行了深入研究。具體內(nèi)容如下:針對(duì)基于特征點(diǎn)法的雙目視覺(jué)里程計(jì)方法進(jìn)行了研究。對(duì)比了 ORB特征不同初始參數(shù)時(shí)的計(jì)算效率和匹配效果,確定了適合的初始參數(shù);對(duì)于不同區(qū)域中重新提取的ORB特征,分析其響應(yīng)值的分布規(guī)律;結(jié)合分布規(guī)律提出了基于不同紋理區(qū)域權(quán)重的計(jì)算方法。針對(duì)鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行速度慢的特點(diǎn),提出了在特征跟蹤過(guò)程中利用關(guān)鍵幀計(jì)算預(yù)估運(yùn)動(dòng)模型的方法。在上述研究的基礎(chǔ)上,以開(kāi)源數(shù)據(jù)集作為測(cè)試平臺(tái),驗(yàn)證了算法的正確性和有效性。對(duì)于特征較少的人造環(huán)境,僅僅使用點(diǎn)特征通常會(huì)導(dǎo)致圖像中提取不到足夠的特征而使計(jì)算出現(xiàn)很大偏差甚至失敗。針對(duì)人造環(huán)境中存在豐富的線特征的特點(diǎn),在上述特征點(diǎn)法視覺(jué)里程計(jì)的基礎(chǔ)上,使用ORB特征和LSD線特征結(jié)合的雙目視覺(jué)里程計(jì)。提出了一種新的線特征重投影誤差的計(jì)算方法,并對(duì)新的線特征重投影誤差進(jìn)行了詳細(xì)的雅克比矩陣推導(dǎo)。本文分別用開(kāi)源數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為測(cè)試平臺(tái),驗(yàn)證了算法的正確性和有效性。針對(duì)視覺(jué)里程計(jì)在地下巷道環(huán)境中航向角測(cè)量不夠精確的問(wèn)題,本文補(bǔ)充介紹了基于UWB定位技術(shù)的鏟運(yùn)機(jī)姿態(tài)測(cè)量方法,提出了基于UWB定位信息獲取鏟運(yùn)機(jī)航向角的方法。詳細(xì)分析了獲取航向角過(guò)程中存在的理論誤差,并通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。對(duì)直接法的雙目視覺(jué)里程計(jì)方法進(jìn)行了研究。地下巷道中充斥粉塵的特點(diǎn),會(huì)造成環(huán)境圖像的模糊和噪點(diǎn)問(wèn)題,針對(duì)這一問(wèn)題,提出了改進(jìn)的Census變換用于代替LK光流計(jì)算中的像素灰度值。針對(duì)直接法中提取的特征點(diǎn)響應(yīng)值,提出了基于不同紋理區(qū)域權(quán)重的最小化光度誤差計(jì)算方法。并使用開(kāi)源數(shù)據(jù)集驗(yàn)證了算法的正確性和有效性。
【圖文】：

１．２地下鏟運(yùn)機(jī)逡逑地下ｆ產(chǎn)運(yùn)機(jī)（Ｌｏａｄ邋Ｈａｕｌ邋Ｄｕｍｐ，ＬＨＤ）是一種集裝、運(yùn)、卸于一體的機(jī)、逡逑電、液復(fù)雜設(shè)備，如圖１－１，它是一種用于地下礦山和隧道工程的特種車(chē)輛，逡逑采用柴油機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)、液壓或液力機(jī)械傳動(dòng)、鉸接車(chē)架、輪胎行逡逑走【５］。逡逑圖１－１地下鏟運(yùn)機(jī)逡逑地下鏟運(yùn)機(jī)因具有高效、靈活、機(jī)動(dòng)、多用途等突出優(yōu)點(diǎn)，成為了高效逡逑采礦的首選鏟裝設(shè)備。鏟運(yùn)機(jī)作為鉸接車(chē)不同于一般的車(chē)輛，其行走軌跡逡逑－２－逡逑

出車(chē)輪的角速度和方向盤(pán)旋轉(zhuǎn)的角度，然后根據(jù)每一步的定長(zhǎng)和角度來(lái)確逡逑定當(dāng)前的位姿，這是一種航跡推算的方法。假設(shè)車(chē)輛在一個(gè)平面上做二維逡逑運(yùn)動(dòng)，其位姿可以表示為八，４）。其運(yùn)動(dòng)表示如圖１－２，航位推算逡逑采用絕對(duì)坐標(biāo)系，只要知道起始點(diǎn)的坐標(biāo)那么通過(guò)航跡推算，即可不斷跟逡逑蹤機(jī)器人的位置信息。逡逑Ｙ邋＇邋１邐．．．逡逑邐逡逑°邋（？？0．＞0）邐Ｘ逡逑圖１－２航跡推算定位方法逡逑當(dāng)前的位姿估計(jì)取決于上一時(shí)刻的位姿估計(jì)，當(dāng)之前的計(jì)算出現(xiàn)誤差逡逑時(shí)，就會(huì)造成累積誤差，隨著航程增大，，誤差越來(lái)越大，從而影響定位的準(zhǔn)逡逑確性。由于車(chē)輪出現(xiàn)打滑、不平的地面以及編碼器有限的解碼分辨率等引逡逑起的累積誤差，隨著車(chē)輛移動(dòng)距離和轉(zhuǎn)向角的增加，誤差將越來(lái)越大。逡逑－７－逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;TD632

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本文編號(hào)：2623367