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移动机器人视觉导航系统的设计与实现的开题报告

【摘要】

本文主要介绍了移动机器人视觉导航系统的设计与实现，该系统能够使移动机器人根据它所处的环境，自动规划行动路径，并利用视觉传感器进行路径跟踪和避障。该系统需要通过对环境的感知，建立环境模型，规划路径和实现路径跟踪等一系列模块来实现。

本文中首先讨论了移动机器人的视觉导航技术和相关算法，包括环境感知、路径规划和路径跟踪等。然后介绍了本文所选用的各种传感器和硬件设备，以及选用的算法和实现方法。最后介绍了预期实现的结果和未来的工作计划。

【关键词】移动机器人；视觉导航；路径规划；路径跟踪；避障

【正文】

1.项目背景

近年来，随着机器人技术的不断发展，移动机器人已经广泛应用于各种领域。移动机器人的主要功能就是运动、感知和控制，而机器人的导航是其中非常重要的一部分。如何设计一种适合多种复杂环境的导航系统是当前研究的重点之一。

传统的机器人导航系统主要依靠惯性传感器和轮式编码器等硬件设备，这些设备虽然能够提供精确的位置和方向信息，但其成本较高，也很容易受到环境干扰。因此，近年来研究人员开始将视觉技术应用于机器人导航系统中，利用视觉传感器进行环境感知和路径跟踪，实现了比传统方法更实用和准确的导航系统。

本次项目旨在设计一种基于视觉的移动机器人导航系统，使机器人能够自主感知环境，规划路径和进行路径跟踪，最终能够在复杂的室内环境中完成特定的任务。

2.技术路线

本项目的技术路线主要包括以下四个模块：环境感知，路径规划，路径跟踪和避障。其中，环境感知主要依靠视觉传感器来获得环境地图和障碍物位置信息；路径规划基于环境地图，采用A*算法寻找最优的行动路径；路径跟踪部分采用PID控制器来实现机器人的位置和方向控制；避障部分主要依靠视觉传感器来判断障碍物的位置和形状，并采用避障算法来规避障碍物。

3.实验设备

本项目所使用的实验设备主要包括以下部分：

(1)移动机器人：我们选用了一款基于ROS系统的移动机器人，具有多种传感器和执行器，如激光雷达、摄像头、电机和舵机等。

(2)视觉传感器：我们选用了一款AUKEY的USB相机，可供高清分辨率的图像采集和处理，以实现机器人的视觉感知。

(3)控制器：我们采用一款RaspberryPi3B+作为控制核心，运行Linux系统，实现机器人的控制和算法实现。

(4)软件工具：我们采用ROS系统作为主要软件平台，包括各种机器人操作系统、感知和运动控制软件。

4.预期结果

通过以上的技术路线和实验设备，我们预期能够实现一个基于视觉的移动机器人导航系统，可以完成以下功能：

(1)通过视觉传感器进行环境感知，获取环境地图和障碍物位置信息。

(2)利用A*算法规划机器人的行动路径，并实现路径跟踪和避障控制。

(3)实现机器人运动的可视化和参数调整，以验证系统的稳定性和精度。

5.工作计划

本项目的工作计划如下：

(1)进行系统设计和算法研究，包括环境感知、路径规划、路径跟踪和避障控制等。

(2)选取合适的实验设备和软件工具，搭建系统开发平台。

(3)实现每个模块的关键算法，进行初步的集成和调试。

(4)进行系统的实验和调试，包括数据采集、性能评估和系统优化等。

(5)撰写实验报告，并进行相应的改进和总结。

【参考文献】

[1]张淑芹.移动机器人技术的研究与应用.沈阳工业大学学报影响因子,2014,36(5):115-120.

[2]谢宇航,完淳.基于机器人视觉SLAM的导航系统设计.计算机系统应用,2017,26(3):1-7.

[3]刘建,彭志华.基于视觉的移动机器人导航方法研究.计算机技术与发展,2016,26(2):88-93.

[4]张天飞,杨雨露.基于视觉的移动机器人避障算法研究.自动化技术与应用,2015,34(11):168-173.