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基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法

于乃功 郑宇凌 徐丽 蔡建羡

于乃功, 郑宇凌, 徐丽, 蔡建羡. 基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法[J]. 机械工程学报, 2017, 43(1): 65-69. doi: 10.11936/bjutxb2016050002
引用本文: 于乃功, 郑宇凌, 徐丽, 蔡建羡. 基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法[J]. 机械工程学报, 2017, 43(1): 65-69. doi: 10.11936/bjutxb2016050002
YU Naigong, ZHENG Yuling, XU Li, CAI Jianxian. Optical Flow Based Mobile Robot Obstacle Avoidance Method in Unstructured Environment[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2017, 43(1): 65-69. doi: 10.11936/bjutxb2016050002
Citation: YU Naigong, ZHENG Yuling, XU Li, CAI Jianxian. Optical Flow Based Mobile Robot Obstacle Avoidance Method in Unstructured Environment[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2017, 43(1): 65-69. doi: 10.11936/bjutxb2016050002

基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法

doi: 10.11936/bjutxb2016050002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(61573029);北京市自然科学基金资助项目(4162012)
详细信息
    作者简介:

    作者简介: 于乃功(1966—), 男, 教授, 主要从事机器人学、机器视觉、人工智能方面的研究, E-mail:yunaigong@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: TP242

Optical Flow Based Mobile Robot Obstacle Avoidance Method in Unstructured Environment

  • 摘要: 为了解决在复杂非结构化环境中的避障问题,提出了一种基于光流的适用复杂非结构化环境的移动机器人避障方法. 首先,引入梯度守恒假设和局部加权对光流算法进行改进,减少了光照变化不均和噪声对光流算法的影响,提高了算法的计算精度和鲁棒性. 然后,使用光流散度来计算相碰撞时间(time-to-contact,TTC),并利用TTC构建障碍地图. 设计的航向决策算法能在机器人与障碍物发生碰撞危险时,为机器人选择最优的前进方向. 对提出的避障方法进行了仿真及物理实验,实验结果表明:利用该避障方法可以实现移动机器人在复杂非结构化环境中无碰撞地行走.

     

  • 图  3D运动及其在图像平面的投影

    Figure  1.  3D motion and its projection onto the image plane

    图  虚拟图像序列

    Figure  2.  Virtual images

    图  虚拟图像序列的TTC实验结果

    Figure  3.  Experimental result of virtual images of TTC

    图  避障流程图

    Figure  4.  Flow chart of obstacle avoidance process

    图  即将与障碍物碰撞的情形一

    Figure  5.  Situation one that collision is imminent

    图  即将与障碍物碰撞的情形二

    Figure  6.  Situation two that collision is imminent

    图  即将发生碰撞时的2帧图像

    Figure  7.  Two consecutive images when collision is imminent

    图  计算出的前后2帧图像的光流

    Figure  8.  Optical flow field of the two consecutive images

    图  把图像分成N=20列时构建的障碍地图

    Figure  9.  Obstacle map constructed when divide the image into N=20 columns

    图  10  最佳行走区域(绿色矩形框)和航向(蓝色的竖线)

    Figure  10.  Safest walking area(green rectangle) and heading direction(the blue vertical line)

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-04
  • 网络出版日期:  2022-09-09
  • 刊出日期:  2017-01-01

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