發(fā)布時間：2020-04-11 08:22

【摘要】：本論文關注立體視覺里程計的定位技術研究,旨在實現(xiàn)地下鏟運機的自主定位算法。自主定位能力是智能鏟運機實現(xiàn)導航的基本要求之一,也是鏟運機感知能力和智能水平的重要標志。視覺里程計是從設備運動過程中獲取環(huán)境圖像,然后根據(jù)圖像信息來估計相機運動的一種相對定位方法。本文以國家863高技術研究發(fā)展計劃項目(2011AA060408)為依托,針對基于立體相機的視覺里程計方法進行了深入研究。具體內(nèi)容如下:針對基于特征點法的雙目視覺里程計方法進行了研究。對比了 ORB特征不同初始參數(shù)時的計算效率和匹配效果,確定了適合的初始參數(shù);對于不同區(qū)域中重新提取的ORB特征,分析其響應值的分布規(guī)律;結合分布規(guī)律提出了基于不同紋理區(qū)域權重的計算方法。針對鏟運機運行速度慢的特點,提出了在特征跟蹤過程中利用關鍵幀計算預估運動模型的方法。在上述研究的基礎上,以開源數(shù)據(jù)集作為測試平臺,驗證了算法的正確性和有效性。對于特征較少的人造環(huán)境,僅僅使用點特征通常會導致圖像中提取不到足夠的特征而使計算出現(xiàn)很大偏差甚至失敗。針對人造環(huán)境中存在豐富的線特征的特點,在上述特征點法視覺里程計的基礎上,使用ORB特征和LSD線特征結合的雙目視覺里程計。提出了一種新的線特征重投影誤差的計算方法,并對新的線特征重投影誤差進行了詳細的雅克比矩陣推導。本文分別用開源數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)作為測試平臺,驗證了算法的正確性和有效性。針對視覺里程計在地下巷道環(huán)境中航向角測量不夠精確的問題,本文補充介紹了基于UWB定位技術的鏟運機姿態(tài)測量方法,提出了基于UWB定位信息獲取鏟運機航向角的方法。詳細分析了獲取航向角過程中存在的理論誤差,并通過工業(yè)試驗驗證了理論分析的正確性。對直接法的雙目視覺里程計方法進行了研究。地下巷道中充斥粉塵的特點,會造成環(huán)境圖像的模糊和噪點問題,針對這一問題,提出了改進的Census變換用于代替LK光流計算中的像素灰度值。針對直接法中提取的特征點響應值,提出了基于不同紋理區(qū)域權重的最小化光度誤差計算方法。并使用開源數(shù)據(jù)集驗證了算法的正確性和有效性。
【圖文】：

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

出車輪的角速度和方向盤旋轉的角度，然后根據(jù)每一步的定長和角度來確逡逑定當前的位姿，這是一種航跡推算的方法。假設車輛在一個平面上做二維逡逑運動，其位姿可以表示為八，４）。其運動表示如圖１－２，航位推算逡逑采用絕對坐標系，只要知道起始點的坐標那么通過航跡推算，即可不斷跟逡逑蹤機器人的位置信息。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前的位姿估計取決于上一時刻的位姿估計，當之前的計算出現(xiàn)誤差逡逑時，就會造成累積誤差，隨著航程增大，，誤差越來越大，從而影響定位的準逡逑確性。由于車輪出現(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，隨著車輛移動距離和轉向角的增加，誤差將越來越大。逡逑－７－逡逑
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TD632

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本文編號：2623367