目錄
“新一代人工智能理論、技術(shù)及應用叢書”序
前言
第1章緒論1
1.1研究背景及意義1
1.2研究現(xiàn)狀4
1.2.1逆運動學研究現(xiàn)狀4
1.2.2運動規(guī)劃算法研究現(xiàn)狀5
1.2.3碰撞檢測算法研究現(xiàn)狀6
1.2.4仿人機器人穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀7
1.2.5同時定位和地圖構(gòu)建研究現(xiàn)狀8
第2章輪/履式仿人機器人平臺介紹10
2.1引言10
2.2結(jié)構(gòu)分析10
2.3硬件系統(tǒng)11
2.3.1雙臂作業(yè)系統(tǒng)12
2.3.2腰部3-RPS并聯(lián)機構(gòu)13
2.3.3移動小車平臺14
2.3.4RealsenseD435攝像頭介紹16
2.4軟件系統(tǒng)17
2.4.1機器人模型18
2.4.2機器人通信19
2.5本章小結(jié)21
第3章視覺SLAM三維環(huán)境構(gòu)建22
3.1引言22
3.2相機的模型22
3.2.1坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系23
3.2.2RealsenseD435坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系25
3.2.3攝像機的標定26
3.3視覺里程計27
3.3.1常見的特征點檢測算法27
3.3.2圖像特征點匹配及對比分析30
3.3.3誤匹配特征點剔除的實驗及改進方法35
3.4相機的運動估計37
3.5關(guān)鍵幀選取策略及閉環(huán)檢測39
3.5.1關(guān)鍵幀選取39
3.5.2閉環(huán)檢測40
3.5.3詞袋模型41
3.6位姿圖優(yōu)化43
3.7環(huán)境構(gòu)建及實驗結(jié)果分析45
3.7.1建圖的要求及分類45
3.7.2八叉樹地圖46
3.8本章小結(jié)47
第4章非結(jié)構(gòu)化環(huán)境重構(gòu)及目標識別48
4.1引言48
4.2YOLOv3算法介紹48
4.2.1YOLOv3網(wǎng)絡模型結(jié)構(gòu)49
4.2.2邊界框的預測50
4.2.3損失函數(shù)52
4.2.4多種網(wǎng)絡對比效果53
4.3網(wǎng)絡改進的方法54
4.3.1增加網(wǎng)絡層數(shù)54
4.3.2重構(gòu)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)55
4.3.3先驗框優(yōu)化56
4.3.4樹枝的三維重構(gòu)57
4.3.5圖像背景分割57
4.3.6枝干重構(gòu)原理59
4.3.7離散精確框的相關(guān)性判斷步驟63
4.3.8多項式擬合枝干曲線65
4.4本章小結(jié)65
第5章輪/履式仿人機器人運動規(guī)劃67
5.1引言67
5.2基于圖的搜索算法67
5.2.1Dijkstra算法67
5.2.2A*算法68
5.2.3LPA*搜索算法71
5.2.4D*Lite算法73
5.3動態(tài)路徑規(guī)劃算法73
5.3.1人工勢場法73
5.3.2動態(tài)窗口法75
5.4基于采樣的路徑規(guī)劃算法78
5.4.1RRT算法78
5.4.2RRT*算法81
5.5智能規(guī)劃算法84
5.6路徑平滑處理84
5.7本章小結(jié)85
第6章輪/履式仿人機器人模型建立及運動學研究87
6.1引言87
6.2空間描述和變換87
6.2.1位置和姿態(tài)的描述87
6.2.2坐標變換88
6.3機器人運動學描述91
6.4正運動學分析92
6.4.1感知系統(tǒng)正運動學94
6.4.2主作業(yè)系統(tǒng)正運動學98
6.4.3輔助作業(yè)系統(tǒng)正運動學100
6.4.43-RPS并聯(lián)機構(gòu)正運動學102
6.5逆運動學研究分析105
6.5.1主作業(yè)系統(tǒng)逆運動學106
6.5.2輔助作業(yè)系統(tǒng)逆運動學118
6.5.33-RPS并聯(lián)機構(gòu)逆運動學120
6.6輪/履式仿人機器人穩(wěn)定判據(jù)及行走與作業(yè)的逆運動學122
6.6.1穩(wěn)定判據(jù)122
6.6.2上身與腰部適應下身穩(wěn)定的行走逆運動學123
6.6.3下身與腰部適應上身避障的作業(yè)逆運動學125
6.7本章小結(jié)127
第7章輪/履式仿人機器人作業(yè)臂避障軌跡規(guī)劃研究129
7.1引言129
7.2作業(yè)臂避障規(guī)劃130
7.2.1作業(yè)臂及障礙物幾何模型的表達131
7.2.2作業(yè)臂與障礙物的碰撞檢測134
7.2.3作業(yè)臂昀終路徑的確定137
7.2.4直線運動軌跡插值141
7.3關(guān)節(jié)空間下的軌跡規(guī)劃142
7.3.1三次多項式插值法143
7.3.2高階多項式插值法144
7.4機器人雙臂協(xié)調(diào)運動規(guī)劃145
7.4.1工作空間分析145
7.4.2雙臂協(xié)調(diào)摘取任務147
7.5本章小結(jié)150
第8章輪/履式仿人機器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中自主作業(yè)驗證151
8.1引言151
8.2SLAM系統(tǒng)性能分析151
8.2.1Tum數(shù)據(jù)集性能測試分析151
8.2.2建圖實驗154
8.3水果識別及枝干重建實驗157
8.3.1實驗數(shù)據(jù)集及相關(guān)參數(shù)說明157
8.3.2蘋果、枝干識別效果159
8.3.3神經(jīng)網(wǎng)絡性能測試160
8.3.4枝干重建實驗162
8.4二維空間內(nèi)路徑規(guī)劃實驗163
8.5三維空間內(nèi)路徑仿真實驗165
8.5.1RRT*算法的仿真分析165
8.5.2三維空間路徑規(guī)劃166
8.6機器人作業(yè)仿真實驗168
8.6.1仿真模型建立168
8.6.2正運動學仿真169
8.6.3笛卡兒空間軌跡規(guī)劃170
8.6.4關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃171
8.7作業(yè)臂避障規(guī)劃實驗172
8.8蘋果采摘實驗176
8.8.1采摘實驗示例176
8.8.2誤差校正179
8.8.3雙臂作業(yè)實驗182
8.9本章小結(jié)183
參考文獻184