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移动机器人导航小知识
2006年6月30日 9:45  来源:北京机电产业发展门户网

    1引言

    移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。在移动机器人的相关技术研究中,导航技术可以说是其核心技术,也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。导航研究的目标就是在没有人干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务,进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段,获得外部环境信息,实现自我定位,判定自身状态,规划并执行下一步动作。

    2机器人导航方式

    移动机器人的导航方式很多,有惯性导航、视觉导航、基于传感器数据导航,卫星导航等。这些导航方式分别适用于各种不同的环境,括室内和室外环境,结构化环境与非结构化环境。

    (1)惯性导航

    惯性导航是一种最基本的导航方式。它利用机器人装配的光电编码器和陀螺仪,计算机器人航程,从而推知机器人当前的位置和下一步目的地。显而易见,随着机器人航程的增长,定位的精度就会下降,而定位误差将会无限制地增加。为减少这种误差,以及降低光电编码器等数据的噪声,Kalman滤波器在此可有用武之地。

    (2)视觉导航

    由于计算机视觉理论及算法的发展,视觉导航成为导航技术中一个重要发展方向。研究人员总结了近20年机器人导航中视觉导航技术的发展状况。通常,机器人利用装配的摄像机拍摄周围环境的局部图像,然后通过图像处理技术,如特征识别、距离估计等,进行机器人定位及规划下一步的动作。有研究人员利用Fourier变换处理机器人全方位图像,并将关键位置的图像经Fourier变换所得的数据存储起来作为机器人定位的参考点。以后机器人所拍摄的图像经变换后与之相对照,从而得知机器人当前位置。也有研究人员利用视觉技术解决计算机器人运动过程中的避碰点,从而实现机器人局部路径规划。

    (3)基于传感器数据导航

    一般机器人都安装了一些非视觉传感器,如超声传感器、红外传感器、接触传感器等。利用这些传感器亦可以实现机器人导航。研究人员介绍了一种用于移动机器人的超声波导航系统,而且此系统精度比较高。有研究人员将超声数据与图像数据结合,通过事先训练好的神经网络预测障碍物的可能位置,从而使得机器人能够在动态非结构化环境中实现自主导航。有研究人员将传感器数据作为模糊推理系统的输入,模糊系统将产生较优(针对某事先设定的代价函数而言)的机器人行为动作。

    (4)卫星导航

    GPS全球定位系统是以距离作为基本的观测量,通过对四颗GPS卫星同时进行伪距离测量计算出用户(接收机)的位置。机器人通过安装卫星信号接收装置,可以实现自身定位,无论其在室内还是在室外。

    3发展展望

    移动机器人技术是传感技术、控制技术、信息处理技术、机械加工技术、电子技术、计算机技术等多门技术的结合。因此移动机器人的发展也必然建立在这些技术的高速发展之上。对于移动机器人导航的研究应该从以下几个方面着手:

    (1)先进的传感技术

    传感器相当于移动机器人的感觉器官,只有先进的传感器技术才能有效的采集环境信息,从而提高导航的效率和准确性。

    (2)高效的信息处理技术

    信息处理主要是指对于传感器采集进来的信息进行处理,包括语音识别与理解技术,图像处理与模式识别技术等。由于目前移动机器人的导航大都采用基于视觉或有视觉参与的导航技术,因此计算机视觉和图像处理技术的水平对于移动机器人导航的发展将起到至关重要的作用。

    (3)多传感器的信息融合技术

    多传感器的导航方式是移动机器人导航发展的必然趋势。这种多传感器的信息融合技术充分利用了多个传感器的资源,通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和利用,把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息根据一定的准则进行组合,从而获得对被测对象的一致性解释或描述,因此它不但能够提高导航精度,同时也使整个导航系统具有了较高的鲁棒性。

    (4)智能方法的发展与完善

    目前在移动机器人导航中,智能方法的应用是一个重要的发展方向。但目前智能算法在机器人导航中的应用范围却受到了很大局限,如神经网络应用往往局限在环境的建模和认知上,例如机器人地图构建。同时由于目前在导航过程中主要采用前馈网络,需要教师信号进行训练,因此难于实现在线应用;模糊逻辑应用于复杂未知动态环境中,模糊规则很难提取,导航的效果也不理想。因此在移动机器人导航中,智能方法还有极大的发展空间。

 
 [关键词]:五金 机械 机器人  发表评论    【推荐】 【打印

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