Введение
ГЛАВА 1. Обзор систем навигации и возвращения 13
1.1 Обзор разведывательных роботов, требования к разрабатываемой системе и ограничения 13
1.2 Навигация и возвращение по данным об абсолютных координатах 16
1.2.1 Глобальная спутниковая навигация GPS и ГЛОНАСС 16
1.2.2 Устанавливаемые радио и ультразвуковые маяки 17
1.2.3 Одновременная локализация и картографирование SLAM 17
1.3 Навигация и возвращение по счислению координат (относительные датчики) 20
1.3.1 Колесная одометрия 21
1.3.2 Колесная одометрия с коррекцией
1.4 Недостатки традиционных датчиков в задаче автоматического возвращения 22
1.5 Визуальная одометрия 24
1.6 Сравнение рассмотренных способов измерения координат в задаче автоматического возвращения 26
1.7 Постановка задачи 27
Выводы 28
ГЛАВА 2. Разработка визуального одометра 29
2.1 Принцип работы визуального одометра 29
2.2 Выравнивание изображений 33
2.3 Поиск особых точек
2.3.1 Метод Гарриса 37
2.3.2 Метод FAST 37
2.3.3 Метод SURF 38
2.4 Поиск стерео-соответствия и слежение за особыми точками методом Люкаса и Кенеда 39
2.5 Модель телекамеры и вычисление пространственных координат особых точек 40
2.6 Фильтрация особых точек 43
2.7 Вычисление перемещения робота
2.7.1 Вычисление 6-ти координат. 45
2.7.2 Вычисление только пройденного пути и угла курса. 47 Стр.
2.7.3 Вычисление пройденного пути, угла курса и бокового смещения. 48
2.8 Проверка визуального одометра на модели 49
2.8.1 Поиск особых точек 50
2.8.2 Слежение за особыми точками. 50
2.8.3 Определение расстояния до точек, угол обзора и наклона телекамер. 52
2.8.4 Моделирование работы алгоритма в целом 53
2.9 Экспериментальная проверка алгоритма. 53
Выводы 59
ГЛАВА 3. Разработка системы управления с визуальным одометром 60
3.1 Структура системы управления 60
3.2 Объект управления 62
3.3 Принцип управления 63
3.4 Модель системы управления с визуальным одометром
3.4.1 Модель робота 64
3.4.2 Модель блока тактического управления 65
3.4.3 Модель привода 66
3.4.4 Модель визуального одометра 67
3.4.5 Модель системы управления в целом 69
3.5 Моделирование движения робота с визуальным одометром 69
Объезд препятствия. 70
3.6 Экспериментальная проверка системы управления 72
Выводы 76
ГЛАВА 4. Разработка алгоритмов описания траектории и автоматического возвращения по ней 77
4.1 Алгоритм сохранения траектории 77
4.1.1 Аппроксимация данных визуального одометра кривыми 3-го порядка 78
4.1.2 Сглаживание 80
4.1.3 Удаление петель 81
4.1.4 Естественная параметризация
4.2 Возвращение по сохраненной траектории 83
4.3 Система управления мобильного робота для автоматического возвращения
по данным визуального одометра 84
4.4 Программная проверка алгоритмов 85
Выводы 88 Стр.
ГЛАВА 5. Комплексирование данных визуального одометра и других датчиков на основе нового алгоритма оценки точности его показаний 89
5.1 Оценка точности показаний визуального одометра 90
5.1.1 Обусловленность 91
5.1.2 Расстояние до точек 92
5.1.3 Рассогласование телекамер по времени 93
5.1.4 Количество особых точек 94
5.2 Объединение показаний 94
5.2.1 Объединяемые источники 94
5.2.2 Визуальный одометр 96
5.2.3 Гироскоп 96
5.2.4 Колесная одометрия 97
5.2.5 Сигналы управления 98
5.2.6 Объединение визуального одометра, гироскопа и сигналов управления 99
5.2.7 Объединение колесной одометрии и гироскопа 100
5.2.8 Объединение визуальной одометрии, гироскопа и колесной одометрии и сигналов управления 101
5.3 Мультисенсорная система автономной навигации 102
5.4 Система автоматического возвращения по объединенным данным визуального одометра, сигналов управления и других датчиков 103
5.6 Структура программного обеспечения 104
5.7 Проверка системы автоматического возвращения 106
Выводы 110
ГЛАВА 6. Экспериментальные исследования 111
6.1 Последовательность проведения экспериментов 111
6.2 Определение основных параметром системы 1 6.2.1 Определение точности возвращения мобильного робота 115
6.2.2 Движение в условиях измененной среды 118
6.2.3 Движение в исходную точку с предварительным разворотом 119
6.2.4 Движение робота по траектории с замкнутым участком 120
6.2.5 Движение с проскальзыванием колес 125
6.3 Определение точности возвращения в различных условиях 128 Стр.
6.3.1 Движение на улице по Y-образной траектории с замкнутым участком в
изменяющейся среде.. 128
6.3.2 Движение по Г-образной траектории по траве и грунту в изменяющейся среде...129
6.3.3 Движение по S-образной траектории по грунту и траве при изменении освещенности с проскальзыванием колес, изменениями в среде и въездом в ворота 130
6.3.4 Движение на спортивной площадке по Y-образной траектории с замкнутым участком и объездом препятствий. 132
6.4 Движение в условиях, неблагоприятных для визуальной одометрии 133
6.4.1 Движение по чистому асфальту. 133
6.4.2 Движение в сумерках 134
6.5 Анализ полученных результатов экспериментальных исследований 135
Выводы 140
Заключение 141
Список использованных источников 144
