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基于双目视觉移动机器人的路径规划和避障研究

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and

Design

5462

2009，30(23)

计算机工程与设计ComputerEngineering

· 人工智能·

基于双目视觉移动机器人的路径规划和避障研究

赵静，

陈一民

(上海大学计算机工程与科学学院，上海200072)

摘

要：提出了一种移动机器人路径规划和避障的系统设计方案，实现了移动机器人自主行进的路径规划和自动避障功能．

详细说明了如何采用立体视觉实现对环境的探测，利用图像处理算法的组合分离出地面、背景、障碍物和目标物，采用边界

不变矩实现障碍物和目标物的区分，改进了经典的人工势场法进行路径的规划，根据模糊控制原理设计了避障控制器和避

障规则。实际的运行结果表明了该系统的可行性和有效性，该系统实现了移动机器人利用自身传感器感知环境信息，动态

规划行进路径，成功躲避障碍物等功能．

关键词：移动机器人；双目视觉；图像处理；不变矩；人工势场；模糊控制

中图法分类号：TP391．4

文献标识码：A

文章编号：1000．7024(2009)23-5462-05

Research

and obstacle avoidancemobilerobot basedonbinocularvision

ofpathplanning

Yi—min

CHEN

ZHAO

Jing．

and

(School

200072，China)

Science，Shanghai University,Shanghai

Computer Engineering

scheme ofmobilerobot

mobilerobot

thefunction

andobstacle

^isproposed．The

binocular to

vision,how

ofpath-planning

ground，background

chard—

byimage^statistical

target

Abstract：A

implements

systemdesign

the

and

avoidance．The

howto

the environment

paperexplains

percept

_{algorithm，and}howto

separate

objects

combination ofseveml

the obstacles and

field,and

design fuzzy

distinguish

byusing

image processing

controller and

a se-

cteristics．At the sametime we

the

artificial

plan

path by improving

potential

formulating

ofobstacle avoidancerules basedon

ofthe

that the

design

feasibility

and

validity．The

and

avoiding

quence

mobilerobot

fuzzy Io#c．The^result

systemproves

realize the

ofthe

the

ofbinocular vision

sensors，planning path dynamically

help

system

request

project：in

the

obstacles．

words：mobile

control

robot；binocular vision；imageprocessing；momentinvariants；artificial potential field；fuzzy

Key

I系统结构框架

0引

言

本文设计的基于双目视觉移动机器人路径规划和障碍物

躲避系统，按照层次结构分为三层：运动控制层，行为控制层

和行为规划层，如图l所示。为了保证系统运行的稳定性和

扩展性，采用模块化的设计。

移动机器人的一个主要功能要求是通过其自身的传感器

对外界环境进行采集、感知和分析，实现在有障碍物的条件

下，向目标物自主行进，完成一些特定的任务。国内外诸多研

究机构对移动机器人的自主行进做了不少的研究，有些移动

机器人己成功应用于军事、工农业生产“刮、科学研究¨ 1、生活

娱乐删等多个方面。移动机器人的自主行进牵涉到运动学、

信息论、图像学、人工智能等多个学科，集中体现了计算机技

术和人工智能的最新成果。因此对于该项研究，除了使移动

机器人可以完成自动追踪、自动驾驶、自动避障等功能外，在

研究过程中，通过对机器视觉、信息处理、人工智能等领域的

研究，可以进一步提升这些相关技术的水准，对生产、科研、勘

探领域都具有重要的学术价值和应用意义。针对这些情况本

文重点讨论我们设计的基于双目视觉移动机器人在自主行进

中的路径规划和障碍物躲避方面的问题，并介绍我们在这方

面所做的研究工作和取得的研究成果。

运动控制层包括双目视觉信息采集模块和运动控制模

块。在运动控制层，通过安置在机器人身上的双目摄像头探

测环境信息，将信息通过无线信号收发器传送给行为控制层，

进行环境信息的分析，根据双目摄像头得到的图像信息完成

测距操作等。

行为控制层包括视频图像处理模块、物件提取模块以及

障碍物目标物区分模块。行为控制层依据接收到的视频数据

经过图像处理后将得到的包括路面信息，障碍物和目标物深

度信息，再将尺寸、形状等参数递交给行为规划层。

行为规划层包括路径规划模块和避障策略模块。路径规

划模块利用传递过来的信息构建二维地图，根据人工势场法

收稿日期：2008．12．29；修订日期：2009-02．15。

基金项目：上海市重点学科建设基金项目(J50103)。

作者简介：赵静(1984一)，女．福建莆田人．硕上研究生，研究方向为机器视觉、计算机控制技术；陈一民(1961一)，男，博士，教授，博士

生导师．研究方向为网络与多媒体技术、计算机控制技术。E-maih

3363083@163．com

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