移動機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)

1、移動機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)分為以下三種:(1)導(dǎo)航技術(shù)導(dǎo)航技術(shù)是移動機(jī)器人的一項(xiàng)核心技術(shù)之一[34]“它是指移動機(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境信息和自身狀態(tài)實(shí)現(xiàn)在有障礙的環(huán)境中面向目標(biāo)的自主運(yùn)動“目前移動機(jī)器人主要的導(dǎo)航方式包括:磁導(dǎo)航慣性導(dǎo)航視覺導(dǎo)航等“其中視覺導(dǎo)航15一7]通過攝像頭對障礙物和路標(biāo)信息拍攝獲取圖像信息然后對圖像信息進(jìn)行探測和識別實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航“它具有信號探測范圍廣獲取信息完整等優(yōu)點(diǎn)是移動機(jī)器人導(dǎo)航的一個主要發(fā)展方向而基于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境視

2、覺導(dǎo)航是移動機(jī)器人導(dǎo)航的研究重點(diǎn)。(2)多傳感器信息融合技術(shù)多傳感器信息融合技術(shù)是移動機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一其研究始于20世紀(jì)80年代189]“信息融合是指將多個傳感器所提供的環(huán)境信息進(jìn)行集成處理形成對外部環(huán)境的統(tǒng)一表示“它融合了信息的互補(bǔ)性信息的冗余性信息的實(shí)時性和信息的低成本性“因而能比較完整地精確地反映環(huán)境特征從而做出正確的判斷和決策保證了機(jī)器人系統(tǒng)快速性準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性“目前移動機(jī)器人的多傳感器融合技術(shù)的研究方法主要有:加權(quán)平均法卡

3、爾曼濾波貝葉斯估計(jì)DS證據(jù)理論推理產(chǎn)生規(guī)則模糊邏輯人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等“例如文獻(xiàn)[10]介紹了名為Xavier的機(jī)器人在機(jī)器人上裝有多種傳感器如激光探測器!聲納、車輪編碼器和彩色攝像機(jī)等該機(jī)器人具有很高的自主導(dǎo)航能力。(3)機(jī)器人控制器作為機(jī)器人的核心部分機(jī)器人控制器是影響機(jī)器人性能的關(guān)鍵部分之一“目前國內(nèi)外機(jī)器人小車的控制系統(tǒng)的核心處理器己經(jīng)由MCS51、80C196等8位、16位微控制器為主逐漸演變?yōu)镈SP、高性能32位微控制器為核心構(gòu)成

4、“由于模塊化系統(tǒng)具有良好的前景開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器也成為當(dāng)前機(jī)器人控制器的一個研究熱點(diǎn)“近幾年日本!美國和歐洲一些國家都在開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器如日本安川公司基于PC開發(fā)的具有開放式結(jié)構(gòu)!網(wǎng)絡(luò)功能的機(jī)器人控制器“我國863計(jì)劃智能機(jī)器人主題也已對這方面的研究立項(xiàng)視覺導(dǎo)航技術(shù)分類視覺導(dǎo)航技術(shù)分類機(jī)器人視覺被認(rèn)為是機(jī)器人重要的感覺能力，機(jī)器人視覺系統(tǒng)正如人的眼睛一樣是機(jī)器人感知局部環(huán)境的重要“器官”同時依

5、此感知的環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的導(dǎo)航。機(jī)器人視覺信息主要指二維彩色CCD攝像機(jī)信息在有些系統(tǒng)中還包括三維激光雷達(dá)采集的信息。視覺信息能否正確、實(shí)時地處理直接關(guān)系到機(jī)器人行駛速度、路徑跟蹤以及對障礙物的避碰對系統(tǒng)的實(shí)時性和魯棒性具有決定性的作用。視覺信息處理技術(shù)是移動機(jī)器人研究中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。應(yīng)用在商業(yè)化的室內(nèi)移動機(jī)器人中比如激光定位導(dǎo)航系統(tǒng)需要相當(dāng)高的成本而基于RFID的導(dǎo)航系統(tǒng)精度低是有待解決的問題。從傳感器的角度來看室內(nèi)移動機(jī)器

6、人導(dǎo)航比較常用的方法主要有視覺導(dǎo)航、紅外線導(dǎo)航以及多傳感器融合導(dǎo)航等“視覺導(dǎo)航又可分為基于單目視覺的導(dǎo)航基于立體視覺的導(dǎo)航以及基于全景攝像機(jī)導(dǎo)航等“由于全景相機(jī)具有較寬的視場比較容易實(shí)現(xiàn)基于多路標(biāo)三角或三邊導(dǎo)航系統(tǒng)因而應(yīng)用比較廣泛基于單目視覺的導(dǎo)航系統(tǒng)相對比較簡單且易于實(shí)現(xiàn)在實(shí)際的系統(tǒng)中取得廣泛應(yīng)用[l617]立體視覺一般用于基于自然路標(biāo)的導(dǎo)航系統(tǒng)中文獻(xiàn)=181中采用SIFT特征點(diǎn)作為自然路標(biāo)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自定位“此外基于多傳感器融合的機(jī)

7、器人導(dǎo)航系統(tǒng)也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)例如導(dǎo)航系統(tǒng)中融合聲納傳感器以及視覺傳感器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)動機(jī)器人的導(dǎo)航。目前根據(jù)已知地圖的移動機(jī)器人導(dǎo)航研究己有許多成功實(shí)例然而在大多數(shù)情況下機(jī)器人所處的環(huán)境是未知的和動態(tài)變化的因而移動機(jī)器人在未知環(huán)境下的同步定位和地圖構(gòu)建(SimultaneouslocallzationmaPpingSLAM)則成為機(jī)器人自定位領(lǐng)域的熱點(diǎn)“常用的SLAM技術(shù)主要有基于激光傳感器的SLAM和基于視覺傳感去的SLAM(簡稱VSL

8、AM)“由于視覺傳感器的優(yōu)點(diǎn)VSLAM具有更廣泛的應(yīng)用前景“vSLAM技術(shù)一般基于自然路標(biāo)實(shí)現(xiàn)在國內(nèi)外受到廣泛的理論研究[z02.l但要想成功應(yīng)用與實(shí)際系統(tǒng)中還有很多問題有待解決。發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢整體來說隨著機(jī)器人視覺系統(tǒng)硬件性能的提升和處理方法的不斷豐富基于視覺的導(dǎo)航技術(shù)將日益成熟與完善。結(jié)合室內(nèi)移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航技術(shù)的研究現(xiàn)狀其發(fā)展方向出要存在如下三種趨勢:(1)實(shí)時、精確以及穩(wěn)定的視覺導(dǎo)航方法當(dāng)前的視覺導(dǎo)航技術(shù)往往在對視覺數(shù)據(jù)進(jìn)行

9、簡單處理后就用于導(dǎo)航任務(wù)因而只能從圖像中提取有限的信息很容易導(dǎo)致導(dǎo)航任務(wù)的失敗“因此在改善硬件設(shè)備的同時可以考慮將并行處理技術(shù)!各種智能算法應(yīng)用于具體導(dǎo)航任務(wù)。(2)多傳感器融合以及多種導(dǎo)航技術(shù)的綜合使用多傳感器融合[23]可以結(jié)合多種導(dǎo)航傳感器的優(yōu)點(diǎn)取長補(bǔ)短使導(dǎo)航系統(tǒng)的魯棒性更強(qiáng)并且具有更高的精度。另外當(dāng)前機(jī)器人導(dǎo)航大多采用單一的導(dǎo)航技術(shù)而一種導(dǎo)航方法往往存在其固有的局限性“路標(biāo)地圖描述比較粗略幾何地圖使用起來一般計(jì)算復(fù)雜度高卡爾曼定