基于势场和Kinect的移动机器人导航研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE（电子科技大学图标）论文题目基于势场和Kinect的移动机器人导航研究专业学位类别工程硕士学号201222010542作者姓名邓琪琳指导教师王文钦研究员分类号密级注1UDC学位论文基于势场和Kinect的移动机器人导航研究（题名和副题名）邓琪琳（作者姓名）指导教师王文钦研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工

2、程领域名称电子与通信工程提交论文日期2015.03.26论文答辩日期2015.05.20学位授予单位和日期电子科技大学2015.6.27答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。电子科技大学硕士学位论文RESEARCHONNAVIGATIONOFMOBILEROBOTBASEDONKINECTANDPOTENTIALFIELDAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAut

3、hor:DengQilinAdvisor:ProfessorWangWenqinSchool:SchoolofCommunication&InformationEngineering-3-独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位

4、论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要智能移动机器人（在本论文的后续简称移动机器人）是一类能够通过感知环境，实现在环境中运动的机器人系统。移动机器人的导航问题对于移动机器人十分重要，其研究内容是在具有障碍物的环境内，移动机器人按照一定的评价标准，实

5、现从起始位置到设定的目标位置的无碰撞运动。移动机器人导航的一个重要任务就是路径规划：寻找到开始点与目标点之间的可行路径。环境感知则是移动机器人进行路径规划的关键技术。机器人可以通过机器人视觉来捕获周围环境信息。Kinect由于其价格低廉，能提供丰富的2D或者3D信息，从而被广泛的应用于机器人，成为机器人的眼睛。本文采用Kinect获知环境信息，结合Kinect捕获得到的深度图和3D点云图，对深度图进行修复，从而获得当前环境的距离信息。再根据距离信息，建立当前环境的势场，利用路径规划技术中的势场法，完成机器人的路径规划。论文的主要工作及贡献包括:

6、(一)提出了一种新的路径规划算法。首先分析了路径规划的各种技术，特别是基于势场法的路径规划技术。针对传统的势场法存在局部极小值、目标可能不可达、动态规划能力不足等缺陷，创新地提出了一种新的方法—“阴影”势场法，该方法克服了局部极值、目标可能不可达等问题，并且可以拓展到动态场景，使机器人能够参考目标的避障行为，尽可能地靠近目标进行有效避障，特别适用于伴随机器人的导航。MATLAB的仿真结果验证了该新型算法的有效性。(二)创新的引入点云作为引导信息，结合双边滤波，快速高效地对深度图进行修复。首先介绍了Kinect以及其对深度图和3D点云数据的捕获原

7、理，然后分析了深度图信息缺失的原因，并研究了当前修复深度图的各种算法。本论文创新地提出将3D点云作为引导信息，利用其三维空间关系以及基于Kd-tree的高效搜索方式，结合环境中的平面提取以及双边滤波，修复平面区域出现的深度空洞。VisualStudio、OpenCV、OpenNI、PCL的实验结果验证了该方法的有效性。(三)设计了基于Kinect的伴随机器人导航系统的整体框架。机器人利用Kinect扫描当前环境，获知环境信息，生成深度图和三维点云图，并利用三维点云图，结合双边滤波，高效地修复深度图，从而根据修复后的深度图建立势场，在势场的作用下

8、，进行机器人的路径规划。关键词：智能移动机器人导航，机器人视觉，势场，Kinect，深度图IABSTRACTABSTRACTIntelligentmo