移動機器人的導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)

1、移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)分為以下三種:(1)導(dǎo)航技術(shù)導(dǎo)航技術(shù)是移動機器人的一項核心技術(shù)之一[34]“它是指移動機器人通過傳感器感知環(huán)境信息和自身狀態(tài)實現(xiàn)在有障礙的環(huán)境中面向目標的自主運動“目前移動機器人主要的導(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信息拍攝獲取圖像信息然后對圖像信息進行探測和識別實現(xiàn)導(dǎo)航“它具有信號探測范圍廣獲取信息完整等優(yōu)點是移動機器人導(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)航是移動機器人導(dǎo)航的研究重點。(2)多傳感器信息融合技術(shù)多傳感器信息融合技術(shù)是移動機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一其研究始于20世紀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性信息的冗余性信息的實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器人系統(tǒng)快速性準確性和穩(wěn)定性“目前移動機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[10]介紹了名為Xavier的機器人在機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等該機器人具有很高的自主導(dǎo)航能力。(3)機器人控制器作為機器人的核心部分機器人控制器是影響機器人性能的關(guān)鍵部分之一“目前國內(nèi)外機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、標準化機器人控制器也成為當前機器人控制器的一個研究熱點“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)功能的機器人控制器“我國863計劃智能機器人主題也已對這方面的研究立項視覺導(dǎo)航技術(shù)分類視覺導(dǎo)航技術(shù)分類機器人視覺被認為是機器人重要的感覺能力，機器人視覺系統(tǒng)正如人的眼睛一樣是機器人感知局部環(huán)境的重要“器官”同時依

5、此感知的環(huán)境信息實現(xiàn)對機器人的導(dǎo)航。機器人視覺信息主要指二維彩色CCD攝像機信息在有些系統(tǒng)中還包括三維激光雷達采集的信息。視覺信息能否正確、實時地處理直接關(guān)系到機器人行駛速度、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)移動機器人中比如激光定位導(dǎo)航系統(tǒng)需要相當高的成本而基于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導(dǎo)航等“由于全景相機具有較寬的視場比較容易實現(xiàn)基于多路標三角或三邊導(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現(xiàn)在實際的系統(tǒng)中取得廣泛應(yīng)用[l617]立體視覺一般用于基于自然路標的導(dǎo)航系統(tǒng)中文獻=181中采用SIFT特征點作為自然路標來實現(xiàn)機器人自定位“此外基于多傳感器融合的機

7、器人導(dǎo)航系統(tǒng)也是當前研究的熱點例如導(dǎo)航系統(tǒng)中融合聲納傳感器以及視覺傳感器實現(xiàn)室內(nèi)機動機器人的導(dǎo)航。目前根據(jù)已知地圖的移動機器人導(dǎo)航研究己有許多成功實例然而在大多數(shù)情況下機器人所處的環(huán)境是未知的和動態(tài)變化的因而移動機器人在未知環(huán)境下的同步定位和地圖構(gòu)建(SimultaneouslocallzationmaPpingSLAM)則成為機器人自定位領(lǐng)域的熱點“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VSLAM具有更廣泛的應(yīng)用前景“vSLAM技術(shù)一般基于自然路標實現(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)實時、精確以及穩(wěn)定的視覺導(dǎo)航方法當前的視覺導(dǎo)航技術(shù)往往在對視覺數(shù)據(jù)進行

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)點取長補短使導(dǎo)航系統(tǒng)的魯棒性更強并且具有更高的精度。另外當前機器人導(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“路標地圖描述比較粗略幾何地圖使用起來一般計算復(fù)雜度高卡爾曼定