基于视觉的移动机器人定位

这部分是我毕业设计的重点,但我没有做好,草草了事。还好混了个硕士毕业。

这部分只能总结一下了,我作的那个定位方法吓唬吓唬人还可以,实际试验时在我建立的那个模型中(见三维栅格地图构建之四:点集配准)只有两次定位成功的安静

其实定位和建模在实际中是不分家的,也没有先后顺序,是鸡生蛋和蛋生鸡的问题。现在的SLAM技术就是搞这个的。建模的同时有定位,定位的同时也在更新地图即建模。

定位主要分为两种:全局定位(global localization),局部定位(local localization)。目前的局部定位技术很成熟,多看看SLAM就知道了。但全局定位很难,在基于经典的evidence grid的方法中,moravec定位和蒙特卡罗(粒子)定位都可以实现全局定位,但这是有先决条件的,即需要提前知道运行轨迹,在预设轨迹上获取的实际场景信息与预期的比较,再用概率的方法推算,这有点像自动控制里的闭环控制。这类方法我一直没好好研究过,理解的不深刻(有可能以上的理解都是错误的哭)。我见过的方法中,加拿大British Columbia大学的Stephen Se和DavidLowe利用场景中sift特征做自然路标的方法我比较喜欢。这种方法可以很容易的解决全局定位和局部定位问题,并且他们又引入闭环理论,使他们的方法进一步完善。有兴趣的童鞋不妨试试。

我的方法有点像粒子滤波,但定位效率会随区域面积的增大而降低,而且要求较高的模型经典,再有就是不靠谱(在4*7m^2的范围内,只成功两次,有很大原因是由于模型的不精确造成的)。

### 基于视觉移动机器人定位 ROS 实现教程 在ROS中实现基于视觉移动机器人定位通常涉及计算机视觉、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)以及路径规划等技术。以下是一个完整的实现流程和代码示例,涵盖了从初始化到传感器数据处理再到路径规划的核心步骤。 #### 1. 系统初始化 首先需要创建一个ROS节点,并初始化相关组件。这包括传感器处理、电机控制、SLAM算法以及路径规划模块。通过`rospy`库可以轻松完成ROS节点的初始化[^4]。 ```python import rospy from sensor_handler import SensorHandler from slam_handler import SLAMHandler from path_planner import PathPlanner def init_robot(): rospy.init_node('vision_based_localization', anonymous=True) sensor_handler = SensorHandler() slam_handler = SLAMHandler() path_planner = PathPlanner() return sensor_handler, slam_handler, path_planner ``` #### 2. 传感器数据处理 传感器数据处理是基于视觉定位的重要部分。通过摄像头获取图像数据,并结合OpenCV进行预处理和特征提取。以下是一个简单的传感器数据获取示例[^4]。 ```python class SensorHandler: def __init__(self): rospy.loginfo("Initializing sensors...") self.camera = cv2.VideoCapture(0) def get_image(self): ret, frame = self.camera.read() if not ret: rospy.logerr("Failed to capture image") return None return frame ``` #### 3. SLAM算法实现 SLAM算法用于构建地图并同时估计机器人的位置。常见的SLAM框架如ORB-SLAM、RTAB-Map等可以直接与ROS集成。以下是一个使用RTAB-Map的简单配置[^4]。 ```bash roslaunch rtabmap_ros rtabmap.launch \ rtabmap_args:="--delete_db_on_start" \ odom_topic:=/odom \ rgb_topic:=/camera/image_raw \ depth_topic:=/camera/depth/image_raw \ camera_info_topic:=/camera/camera_info ``` #### 4. 路径规划 路径规划模块负责根据SLAM生成的地图计算最优路径。ROS中的`move_base`包提供了强大的路径规划功能[^4]。 ```python class PathPlanner: def __init__(self): self.client = actionlib.SimpleActionClient('move_base', MoveBaseAction) self.client.wait_for_server() def plan_path(self, target_x, target_y): goal = MoveBaseGoal() goal.target_pose.header.frame_id = "map" goal.target_pose.pose.position.x = target_x goal.target_pose.pose.position.y = target_y goal.target_pose.pose.orientation.w = 1.0 self.client.send_goal(goal) self.client.wait_for_result() ``` #### 5. 主循环 主循环中不断获取传感器数据,进行SLAM处理,并根据当前位置和目标位置计算路径[^4]。 ```python def main_loop(sensor_handler, slam_handler, path_planner): rate = rospy.Rate(10) while not rospy.is_shutdown(): image = sensor_handler.get_image() if image is not None: slam_handler.process_image(image) current_position = slam_handler.get_robot_position() if current_position is not None: path_planner.plan_path(current_position[0] + 1.0, current_position[1]) rate.sleep() ``` ### 总结 上述代码展示了如何在ROS中实现基于视觉移动机器人定位系统。通过结合传感器数据处理、SLAM算法以及路径规划,可以实现一个完整的自主导航系统[^4]。 ---
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