面向室內移動機器人的INS視覺組合導航關鍵技術研究中期報告

面向室內移動機器人的INS視覺組合導航關鍵技術研究中期報告摘要：INS（慣性導航系統(tǒng)）和視覺導航系統(tǒng)的組合可以提高對室內移動機器人的定位和導航精度。本報告詳細介紹了面向室內移動機器人的INS視覺組合導航關鍵技術研究的中期進展，包括傳感器融合、狀態(tài)估計、特征提取與匹配、路標提取等方面的工作。本研究將進一步探索如何解決傳感器失效、環(huán)境變化等實際問題中產(chǎn)生的導航誤差問題。關鍵詞：INS；視覺導航；組合導航；機器人定位；機器人導航1.引言室內移動機器人在研究和應用領域中具有廣闊的前景，如無人物流等。但是，機器人的定位和導航在室內環(huán)境中仍然具有一定的挑戰(zhàn)性，這主要是由于傳感器誤差、環(huán)境變化、存在障礙物等等因素導致的。傳統(tǒng)的慣性導航系統(tǒng)（INS）通過精確的測量機器人的線加速度和角速度來提供位置和姿態(tài)估計。但是，INS的精度受到堆積誤差的影響，并且在環(huán)境變化或長時間的運動過程中容易失效。視覺導航系統(tǒng)是一種基于攝像機和視覺算法的定位和導航方法。它可以通過視覺特征的提取和匹配來估計機器人的位置和姿態(tài)。由于視覺導航系統(tǒng)具有較高的定位精度和無需附加傳感器等特點，因此它已成為室內移動機器人導航中的一種重要的技術方案。INS和視覺導航系統(tǒng)的組合可以克服它們各自的限制，并提高對室內移動機器人的定位和導航精度。組合導航可以獲取多傳感器的信息，從而設置更準確的機器人位置和姿態(tài)。2.關鍵技術2.1傳感器融合在INS和視覺導航系統(tǒng)的組合中，必須將兩個系統(tǒng)的信息進行融合。INS使用的線加速度計和角速度計具有高精度和快速響應，但是在導航過程中會積累誤差。視覺導航系統(tǒng)利用攝像機獲得環(huán)境信息，但其精度容易受到光照、反射、距離、遮擋和圖像噪聲等因素的影響。因此，組合系統(tǒng)應該綜合利用兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息提高機器人的定位和導航的精度。2.2狀態(tài)估計狀態(tài)估計是指利用機器人的傳感器信息來估計其位置和姿態(tài)。INS和視覺導航系統(tǒng)都需要狀態(tài)估計來提供機器人的位置和姿態(tài)。INS使用機器人加速度計和陀螺儀測量線加速度和旋轉速度，提供機器人位置和姿態(tài)信息。視覺導航系統(tǒng)采用卡爾曼濾波器或擴展卡爾曼濾波器等技術，根據(jù)特征點的運動計算姿態(tài)以及估計機器人位置。我們需要對不同傳感器的狀態(tài)估計進行整合，避免積累誤差并減少導航誤差。2.3特征提取與匹配視覺導航系統(tǒng)通過特征點的提取和匹配對機器人的位置和姿態(tài)進行估計。不同的特征點提取和匹配算法對機器人的定位精度和魯班度有明顯的影響。我們需要評估和改進特征提取和匹配算法，以提高機器人的導航精度。2.4路標提取在移動機器人導航過程中，路標是指可以用于機器人的定位或導航的地標。在視覺導航系統(tǒng)中，路標可以是物體的角點、邊緣、區(qū)域或其它在圖像中有明顯特征的區(qū)域等。我們需要開發(fā)有效的路標提取算法，以便于機器人準確地完成室內導航。3.結論本報告介紹了面向室內移動機器人的INS視覺組合導航關鍵技術研究的中期進展。將INS和視覺導航系統(tǒng)進行組合，可以提高機器人的定位和導航精度。通過傳感器融合、狀態(tài)估計、特征提取和匹配以及路標提取等方面的工作，