بکارگیری و پیاده سازی بینایی استریو در مکان یابی رباتهای متحرک

برای اینکه ربات سیار در یک محیط به درستی حرکت کند و ماموریتهای محوله را به خوبی به انجام برساند، روشهای مختلفی وجود دارد، که توام با مکان یابی و کنترل آن می باشد. به طور کلی اصلی ترین عنصر و عامل در هوشمندی رباتهای سیار، سیستم تعیین موقعیت ربات است، که به واسطه آن می توان سایر فعالیت های ربات را برنامه ریزی کرد. برای این منظور روشها و سنسورهای مختلف بکار برده می شود، که از جمله آن می توان روشهایی مبتنی بر مادون قرمز، التراسونیک، و ادومتری، بینایی استریو و یا ترکیب آنها را نا م برد. در این پایان نامه با هدف بکارگیری بینایی استریو در مکان یابی رباتهای سیاراز یک 3d webcam که یک دوربین استریوی بسیار ضعیف می باشد جهت تصویر برداری استفاده شده است وهدف تعیین موقعیت و سمت ربات با استفاده از داده های این دوربین می باشد. کلیه تست ها روی ربات موبایل khepera ii پیاده سازی شده است. در ادامه مدل سینماتیکی ربات سیار با مکانیزم تفاضلی بررسی شده است. با توجه به اینکه محیط کاری ما به صورت ناشناخته در نظر گرفته شده و چون ربات بایستی موقعیت خود را از روی علائم موجود در محیط بدست آورد جهت تعیین این علائم راهنما از ویژگیهایی به نام surf که در مقابل چرخش و انتقال و نیز تغییرات شدت روشنایی مقاوم می باشد به عنوان علائم راهنما استفاده شده است. در ادامه سعی شده است با استفاده از اصول بینای استریو در تعیین موقعیت سه بعدی ویژگیها، موقعیت و جهت ربات سیار بدست آورده شود. برای محاسبه موقعیت سه بعدی ویژگیها نیاز به داشتن پارامترهای داخلی دوربین داریم، که از پروسه کالیبراسیون حاصل می گردند. دو جعبه ابزار برای کالیبراسیون دوربین استریو معرفی شده است. ادامه چکیده دوربین مورد استفاده در این پایان نامه یک دوربین تخصصی استریو نمی باشد و هیچ گونه کالیبراسیون سخت افزاری روی آن انجام نشده است، تصویری که ارائه می دهد تصویر مناسبی برای استفاده جهت استخراج علائم راهنما نمی باشد. این تصویر بایستی به تصویر مناسبی تبدیل گردد، در این پایان نامه این تبدیل با نام یکسوسازی تصویر بررسی شده است. نتایج حاصله برای استخراج علائم راهنما و تعیین موقعیت سه بعدی این علائم بعد از یکسوسازی بسیار قابل توجه می باشد در ادامه کار الگوریتمی برای تعیین موقعیت ربات سیار با استفاده از ردیابی ویژگیهای انتخاب شده در تصاویر متوالی استریو بیان شده است، که در نهایت به محاسبه ماتریس دوران r و بردار انتقال t می انجامد، با در دست داشتن ماتریس دوران و بردار انتقال در هر لحظه، تغییرات مکان و زاویه ربات محاسبه می گردد، با جمع کردن این تغیرات با مقدار قبلی خود می توان مکان فعلی ربات را بدست آورد. الگوریتم بیان شده در جهت تعیین مختصات و سمت ربات سیار، در فواصل کوتاه دارای جواب نسبتا خوبی می باشد، ولی اگر بردارهای جابجایی در مسافتهای طولانی با هم جمع شوند، بدلیل خطاهای جمع شونده، ممکن است در موقعیت سراسری ربات خطای قابل ملاحظه ای ایجاد کنند، بعبارت دیگر هر دو روش ادومتری و بینایی دارای عدم قطعیتی هستند که باعث ایجاد عدم قطعیت در تعیین موقعیت سراسری می-شوند. با استفاده از فیلتر کالمن می توان این دو منبع دارای عدم قطعیت را به کمک ماتریس کواریانس عدم قطعیتشان با هم ترکیب کرده و عدم قطعیت کمتری بدست آورد.