基于視覺(jué)引導(dǎo)的自平衡機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、兩輪式倒立自平衡機(jī)器人具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)半徑小等特點(diǎn)，在服務(wù)類機(jī)器人、小球類運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的研發(fā)中作為移動(dòng)載體具有著無(wú)可比擬優(yōu)勢(shì)。近些年來(lái)，視覺(jué)跟蹤技術(shù)發(fā)展迅速，在移動(dòng)機(jī)器人的研究中成為一個(gè)重要分支。將兩輪倒立自平衡車的控制技術(shù)與視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合，將很大程度地?cái)U(kuò)展自平衡機(jī)器人的自主能力。本文旨在探討兩輪自平衡機(jī)器人三維運(yùn)動(dòng)建模、控制算法設(shè)計(jì)、視覺(jué)引導(dǎo)以及硬件等相關(guān)問(wèn)題，為進(jìn)一步研究具有服務(wù)功能和小球類運(yùn)動(dòng)機(jī)器人打下先

2、期基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于拉格朗日法對(duì)自平衡機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，建立了自平衡機(jī)器人的三維動(dòng)力學(xué)方程，為后續(xù)控制算法研究提供了較為全面的基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)模型。⑵在得到動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，研究針對(duì)自平衡機(jī)器人保持直立穩(wěn)定，在以李雅普諾夫穩(wěn)定分析為基礎(chǔ)，分別討論了以已知模型條件下和未知模型自適應(yīng)條件下的Backstepping控制器設(shè)計(jì);在控制自平衡的基礎(chǔ)上，又討論基于PD的轉(zhuǎn)向控制和基于PI的速度控制的算法實(shí)現(xiàn);對(duì)相應(yīng)控制

3、器進(jìn)行仿真，驗(yàn)證控制器算法的正確性與有效性。⑶討論了基于顏色特征的目標(biāo)識(shí)別方法，利用HSV顏色空間的色度單通道圖像，建立目標(biāo)區(qū)域的顏色直方圖，并利用反向投影算法得到目標(biāo)主體顏色概率分布的灰度圖像，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與背景的分割;利用Meanshift搜索算法對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行定位，確定目標(biāo)中心;采用Camshift目標(biāo)跟蹤算法實(shí)現(xiàn)根據(jù)每幀圖像確定的目標(biāo)位置設(shè)為下一幀圖像Meanshift搜索的起始點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)目標(biāo)圖像的識(shí)別;根據(jù)攝像機(jī)小孔模型，估