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基于机器人的图书馆自动取书方法及技术研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.2.1 机器人自主定位与导航方法研究现状

1.2.2 光学字符识别技术(OCR)研究现状

1.3 本文主要内容与创新点

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要创新点

1.4 本文的组织架构

第2章 机器人自动取书总体方案

2.1 功能方案

2.1.1 需求说明

2.1.2 功能流程

2.2 技术方案

2.2.1 地图构建

2.2.2 地标识别

2.2.3 图书馆内机器人自主定位与导航

2.2.4 图书标签图像与字符图像的提取

2.3 本章小结

第3章 图书馆地图构建与地标探测

3.1 机器人全局地图构建方法

3.1.1 机器人室内环境地图构建方法比较

3.1.2 图书馆全局环境地图构建方法

3.2 基于激光传感器的地标定位方法

3.2.1 激光传感器简介

3.2.2 基于激光传感器的地标探测与定位

3.3 基于激光传惑器与视觉传感器相结合地标定位方法

3.3.1 基本原理与方法

3.3.2 激光传感器与视觉测距原理相结合的图像区域筛选

3.3.3 书架正面地标判定及后续工作

3.4 实验步骤及实验结果

3.4.1 书架正面识别方法实验步骤与实验结果

3.4.2 书架侧面识别方法实验步骤与实验结果

3.4.3 实验总结

3.5 本章小结

第4章 基于地标追踪的图书馆内机器人自主导航方法

4.1 图书馆内机器人精确自主定位

4.1.1 书架标签观察点计算

4.1.2 图书馆内机器人自主定位方法

4.2 图书馆内机器人自主导航

4.2.1 基于激光观测点的路径规划方法

4.2.2 基于扩展卡尔曼滤波算法的机器人位姿矫正方法

4.2.3 书架正面图像获取方法

4.3 实验步骤及实验分析

4.3.1 实验步骤

4.3.2 实验结果及实验分析

4.4 本章小结

5.1.2 基于k-Means算法的图书标签图像分割

5.1.3 对比实验

5.2 字符图像的提取方法

5.2.1 宇符图像提取方法

5.3 字符图像的识别方法

5.3.1 字符图像识别方法

5.3.2 特殊标签处理方法

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

随着科学技术的进步,自动化技术不断快速发展。然而,图书馆管理却没有与时俱进。馆藏图书的寻找、获取、上架、移架等基本工作仍依靠人工手动完成,其过程繁琐、低效且容易出错。针对图书馆管理的这种现状,提出了一种智能机器人自主完成取书的方案,并研究了相关技术。研究内容主要包括机器人地图构建、地标识别、自主导航、图书标签字符识别等。
  本文首先针对图书馆内部环境结构,使用书架作为环境地标,构建了基于地标线段的二维特征地图。特征地图记录了所有地标的全局坐标,为机器人精确定位与自主导航奠定了基础。其次,分为两种情况对地标识别进行讨论。特征地图中代表书架侧面的特征线段长度统一且排列规则,可通对激光传感器的测距数据进行数据聚类和特征提取完成识别;代表书架正面的线段特征不易归纳,结合视觉传感器获取书架的正面图像,利用书架正面具有丰富字符图像这一特征实现地标识别。探测获取的地标不仅可供机器人完成精确定位,还可引导机器人进行自主导航。再次,机器人识别粘贴在书架上的标签信息,通过全局地图取得地标的角点坐标,实现精确定位,并使用基于地标追踪的导航方法完成自主导航功能。为减少系统误差对机器人导航造成的影响,在移动过程中,应用扩展卡尔曼滤波算法对其位姿信息进行预测与矫正。最后,提出了一种基于粒子群聚类算法的图像分割方法。该算法对传统粒子群算法进行改进,通过提高局部最优粒子对其周边粒子速度的影响力,实现全局图像中的特征像素点搜索。在搜索结果中,使用k-Means聚类算法排除噪声点,取得符合目标特征的图像区域。实验验证了该算法在解决图书标签提取问题上的有效性,并在获取到的书签图像中,利用字符图像排列紧密、边缘信息丰富等特征实现了字符图像的有效提取。综上所述,对于机器人地图构建、地标识别、自主导航、图书标签字符识别等的相关方法的研究为智能机器人自动取书方案提供了理论和实践依据。

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