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煤礦井下搜救機器人研究
作者：
時(shí)間：2012-08-20
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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20世紀70年代中期，Marr，Barrow和Tenenbaum等一些研究者提出了視覺(jué)計算理論，其核心是從圖像恢復場(chǎng)景的三維結構。S．Z．Barnard與M．A．Fischler系統的介紹了上世紀70年代中期到1981年三維視覺(jué)的研究成果，主要包括立體重建的基本方法、算法評價(jià)準則以及對當時(shí)有影響力的算法評述。70年代后期至80年代，工作于斯坦福大學(xué)的Gennery及Moravec首先將立體視覺(jué)三維重建技術(shù)應用于移動(dòng)機器人導航，在一臺叫做StanfordCart的平臺上，他們實(shí)現了其基于立體視覺(jué)的自主定位及周?chē)h(huán)境的三維探測。然而，鑒于其計算速度的限制及硬件平臺的缺點(diǎn)，該系統并不能可靠的長(cháng)時(shí)間工作。
在上世紀80年代，CMU及NASAJPL的研究人員走在了該領(lǐng)域的前沿。在80年代后期，CMU的研究人員成功的在其移動(dòng)機器人平臺CMU Rover上解決了立體視覺(jué)的計算速度及工程可靠性問(wèn)題(Moravec，1983)。其主要改進(jìn)在于硬件平臺的升級以及感知算法的改進(jìn)與完善，而最值得關(guān)注的工作是該團隊的Matthies及Shafer在1987年首次提出了基于立體視覺(jué)的視覺(jué)里程計算法（Visual Odometry Algorithms），該算法第一次通過(guò)視覺(jué)方式對機器人的運動(dòng)軌跡及姿態(tài)進(jìn)行了較為精確的計算。從而開(kāi)啟了通過(guò)視覺(jué)進(jìn)行運動(dòng)估計的算法在地球上的野外環(huán)境(Nister,2006;Agrawal,2007)以及NASA的火星探測計劃(MER)中在外星球探測機器人上的應用(Cheng,2006)。
在接下來(lái)的研究中，CMU仍然走在世界的前列。他們開(kāi)發(fā)出的Navlab移動(dòng)機器人平臺，采用了主動(dòng)視覺(jué)的方式，將單目攝像機及一臺激光雷達相結合，作為其環(huán)境探測的解決方案，從而成功的解決了當時(shí)采用被動(dòng)視覺(jué)在匹配及特征提取計算方面面臨巨大計算復雜度的尷尬局面。從這一時(shí)期開(kāi)始，移動(dòng)機器人才逐漸實(shí)現了所謂的實(shí)時(shí)自主導航，這主要得益于算法的不斷改進(jìn)以及計算平臺性能的大幅度提高。自90年代中期開(kāi)始的十幾年中，基于主動(dòng)式探測技術(shù)（主要是激光雷達、毫米波雷達等）的環(huán)境感知與探測方法被較為廣泛的應用，特別是與視覺(jué)傳感器相融合可以快速建模的特性，使其一度成為移動(dòng)機器人，特別是野外移動(dòng)機器人環(huán)境建模的首選方案。
然而基于單目或雙目被動(dòng)視覺(jué)的環(huán)境感知及建模的研究工作一刻都未停止過(guò)，在1980后期至1990年代的過(guò)程中，Matthies在JPL的研究突破了基于場(chǎng)景的實(shí)時(shí)立體視覺(jué)算法，并于90年代后期第一次將其應用于野外機器人的環(huán)境探測與建模當中。自此以后，立體視覺(jué)開(kāi)始逐漸為大家所重視，真正成為機器人三維感知方向中一個(gè)具有競爭力的技術(shù)。
近五年來(lái)，視覺(jué)感知技術(shù)在移動(dòng)機器人特別是野外不平整路面復雜環(huán)境下的感知與環(huán)境建模中得到了越來(lái)越多的應用。其中同樣是NASA的MER計劃的成果，DemoIII自主野外探測車(chē)采用了三對立體視覺(jué)相機，一對前視立體相機，一對后視立體相機，以及一對安裝在伺服云臺上的立體相機(Matthies，2007)，在此，立體視覺(jué)實(shí)現了兩個(gè)基本功能，即視覺(jué)里程計以及路徑規劃。在火星上沒(méi)有GPS等絕對定位系統的情況下，采用基于立體視覺(jué)的視覺(jué)里程計算法，通過(guò)相對定位的方式，實(shí)現了火星車(chē)足夠的定位精度（Cheng，2005）。除此之外，采用基于立體視覺(jué)的路徑規劃方法，可以快速的感知路面的不平整（Biesiadecki和Maimone，2006），以及預測路面傾斜的變化（Angelova，2007）。與此同時(shí)，另一些研究人員也實(shí)現了基于單目視覺(jué)或雙目視覺(jué)的機器人位姿估算以及路面的三維重建工作，如Nister在2006年分別采用單目及雙目視覺(jué)里程計算法實(shí)現了移動(dòng)機器人在野外復雜環(huán)境中姿態(tài)及位置的估算，并達到了較高的精度，較好的可靠性和實(shí)時(shí)性。
結束語(yǔ)
煤礦井下危險區域探測的搜救機器人進(jìn)行研究為當前煤礦開(kāi)采的提供了安全保證，文中提到的關(guān)鍵技術(shù)的解決對開(kāi)發(fā)研制高性能搜救機器人意義重大。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/160087.htm
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