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1、移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航,2009年12月16日,主要內(nèi)容,1、移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的基本知識(shí) 2、移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方式 3、定位技術(shù) 4、路徑規(guī)劃 5、智能導(dǎo)航算法 6、自主飛行機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7、產(chǎn)品應(yīng)用 8、發(fā)展趨勢(shì),移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航,移動(dòng)機(jī)器人的研究起源：20世紀(jì)60年代末期。 導(dǎo)航的概念：移動(dòng)機(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)的自主運(yùn)動(dòng),導(dǎo)航主要解決的問題,（1）我（機(jī)器人）現(xiàn)在何處？ （2）我要往何處走？ （3）我要如何到達(dá)該處？,導(dǎo)航系統(tǒng)中的定位及其跟蹤問題,路徑規(guī)劃問題,研究方向,我們又可以分成以下幾個(gè)研究方向： 完全已知環(huán)境：機(jī)器人知道所在工作環(huán)境的所有信息

2、，包括目標(biāo)點(diǎn)的位置，方向，障礙物的位置和方向。 部分已知環(huán)境：機(jī)器人知道所在工作環(huán)境中的部分信息，比如知道一部分障礙物的位置和方向，有另外一部分環(huán)境是不知道的。 完全未知環(huán)境：機(jī)器人完全不知道所在工作環(huán)境的信息，只知道目標(biāo)點(diǎn)的方向和位置，其它障礙物的信息是一點(diǎn)都不知道 。,定位、建圖、路徑規(guī)劃,(1) 通過一定的檢測(cè)手段獲取移動(dòng)機(jī)器人在空間中的位置、方向以及所處環(huán)境的信息。(2) 用一定的算法對(duì)所獲信息進(jìn)行處理并建立環(huán)境模型。(3) 尋找一條最優(yōu)或近似最優(yōu)的無碰路徑，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人安全移動(dòng)的路徑規(guī)劃。,移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航方式,移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航方式很多,有慣性導(dǎo)航、磁導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、基于傳感器數(shù)據(jù)導(dǎo)

3、航、衛(wèi)星導(dǎo)航等。這些導(dǎo)航方式分別適用于各種不同的環(huán)境,包括室內(nèi)和室外環(huán)境,結(jié)構(gòu)化環(huán)境與非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。,,1)慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航是一種最基本的導(dǎo)航方式。它利用機(jī)器人裝配的光電編碼器和陀螺儀,計(jì)算機(jī)器人航程,從而推知機(jī)器人當(dāng)前的位置和下一步目的地。,,2)磁導(dǎo)航（路徑地下埋電纜，流過不同頻率的電流，來作為路徑信息） 磁導(dǎo)航是目前自動(dòng)導(dǎo)引車( automated guided vehicle,AGV)的主要導(dǎo)航方式。AGV是移動(dòng)機(jī)器人中的一種,同時(shí),AGV也是自動(dòng)化物流運(yùn)輸系統(tǒng)柔性生產(chǎn)組織系統(tǒng)的核心關(guān)鍵設(shè)備。這種導(dǎo)航方式要在AGV運(yùn)行路徑上,開出深度為 10mm左右,寬5mm左右的溝槽,在其中埋入導(dǎo)

4、線。在導(dǎo)線上通以530 kHz的交變電流,在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場。AGV上左右對(duì)稱安裝了2只磁傳感器用于檢測(cè)磁場強(qiáng)度,引導(dǎo)車輛沿所埋設(shè)的路徑行駛。AGV缺乏柔性,在原有路徑 上放置一個(gè)障礙物,該AGV就無法完成簡單的避障動(dòng)作。,,3)視覺導(dǎo)航通常,機(jī)器人利用裝配的攝像機(jī)拍攝周圍環(huán)境的局部圖像,然后,通過圖像處理技 術(shù)(如,特征識(shí)別、距離估計(jì)等)進(jìn)行機(jī)器人定位和規(guī)劃下一步的動(dòng)作。有研究人員利用Fourier變換處理機(jī)器人全方位圖像,并將關(guān)鍵位置的圖像經(jīng) Fourier變換所得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來作為機(jī)器人定位的參考點(diǎn)。以后機(jī)器人所拍攝的圖像經(jīng)變換后與之相對(duì)照,從而得知機(jī)器人當(dāng)前位置。也有研究人員利用視 覺

5、技術(shù)解決計(jì)算機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的避碰點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人局部路徑規(guī)劃。,,4)基于傳感器數(shù)據(jù)導(dǎo)航一般機(jī)器人都安裝了一些非視覺傳感器,如,超聲傳感器、紅外傳感器、接觸傳感器等。利用這些傳感器亦可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航。有研究人員將超聲數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)結(jié)合,通過事先訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)障礙物的可能位置,從而使得機(jī)器人能夠 在動(dòng)態(tài)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。有研究人員將傳感器數(shù)據(jù)作為模糊推理系統(tǒng)的輸入,模糊系統(tǒng)將產(chǎn)生較優(yōu)(針對(duì)某事先設(shè)定的代價(jià)函數(shù)而言)的機(jī)器人行為動(dòng) 作。,,5）光反射導(dǎo)航定位 典型的光反射導(dǎo)航定位方法主要是利用激光或紅外傳感器來測(cè)距。激光和紅外都是利用光反射技術(shù)來進(jìn)行導(dǎo)航定位的。,,激光全局定

6、位系統(tǒng)一般由激光器旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、反射鏡、光電接收裝置和數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置等部分組成。工作時(shí)，激光經(jīng)過旋轉(zhuǎn)鏡面機(jī)構(gòu)向外發(fā)射，當(dāng)掃描到由后向反 射器構(gòu)成的合作路標(biāo)時(shí)，反射光經(jīng)光電接收器件處理作為檢測(cè)信號(hào)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序讀取旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的碼盤數(shù)據(jù)（目標(biāo)的測(cè)量角度值），然后通過通訊傳遞到上位機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)已知路標(biāo)的位置和檢測(cè)到的信息，就可以計(jì)算出傳感器當(dāng)前在路標(biāo)坐標(biāo)系下的位置和方向，從而達(dá)到進(jìn)一步導(dǎo)航定位的目的。,,,6)衛(wèi)星導(dǎo)航GPS全球定位系統(tǒng)是以距離作為基本的觀測(cè)量,通過對(duì)4顆GPS衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行偽距離測(cè)量,計(jì)算出用戶(接收機(jī))的位置。機(jī)器人通過安裝衛(wèi)星信號(hào)接收裝置,可以實(shí)現(xiàn)自身定位,無論其在室

7、內(nèi)還是在室外。,GPS概述1 GPS即全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）。簡單地說，這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。,,GPS概述2 全球定位系統(tǒng)(GPS)是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分GPS星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分GPS信號(hào)接收機(jī)。,,GPS構(gòu)成 ：空間部分 GPS的空間部分是由24 顆工

8、作衛(wèi)星組成,它位于距地表20 200km的上空,均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4 顆) ,軌道傾角為55。,,GPS構(gòu)成 ：地面控制部分 地面控制部分由一個(gè)主控站,5 個(gè)全球監(jiān)測(cè)站和3 個(gè)地面控制站組成。監(jiān)測(cè)站將取得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤數(shù)據(jù),計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù),然后將結(jié)果送到3 個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí),把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。,,GPS構(gòu)成 ：用戶設(shè)備部分 用戶設(shè)備部分即GPS 信號(hào)接收機(jī)。GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外

9、電源時(shí)不中斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。,定位技術(shù),定位問題是指移動(dòng)機(jī)器人在移動(dòng)過程中如何確定自己的位置。就像我們找路一樣，必須先知道自己在那里，然后才能規(guī)劃怎么走 相對(duì)定位技術(shù) 相對(duì)定位技術(shù)成本低，可行性較高，對(duì)外部環(huán)境無特殊要求，但定位誤差會(huì)隨時(shí)間的累積而不斷增長，通常采用卡爾曼濾波法加以改進(jìn)或采用多種傳感器信息融合的方法獲得較為精確的位姿 絕對(duì)定位技術(shù) 絕對(duì)定位系統(tǒng)雖不存在累積誤差，但一般比較復(fù)雜，成本較高,相對(duì)定位技術(shù),(1) 測(cè)距法：采用光電編碼器、里程計(jì)和航向陀螺儀。計(jì)算每個(gè)采樣周期車輪移動(dòng)路程之和。優(yōu)點(diǎn)是良好的短期

10、精度、低廉的價(jià)格和較高的采樣速率。(2) 慣性導(dǎo)航法：采用陀螺儀和加速度計(jì)。陀螺儀測(cè)量回轉(zhuǎn)速度（角速度），加速度計(jì)測(cè)量加速度。通過分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行一次積分和二次積分即可獲得偏移的距離和角度。相對(duì)定位技術(shù)的缺點(diǎn)：累積誤差會(huì)很嚴(yán)重，不適合長距離或者長時(shí)間的定位，可以與絕對(duì)定位技術(shù)相結(jié)合,絕對(duì)定位技術(shù)：,(1) 全球定位系統(tǒng)（GPS）(2) 陸標(biāo)定位：自然陸標(biāo)定位和基于人工陸標(biāo)（超聲波發(fā)射器、激光反射板等）定位。陸標(biāo)位置已知。(3) 基于已知地圖的定位：地圖匹配定位技術(shù)。根據(jù)自身探測(cè)的周圍環(huán)境信息構(gòu)建局部地圖，然后將局部地圖與已知的全局地圖進(jìn)行匹配。關(guān)鍵在于地圖模型的建立和匹配算法。,機(jī)器人導(dǎo)航定位的

11、原理,機(jī)器人采用光電編碼器一磁航向傳感器組合定位系統(tǒng)，如圖1所示。兩光電編碼器分別裝在兩后輪軸上，可實(shí)時(shí)記錄兩輪的行走距離，車體行走過程中的航向由磁航向傳感器測(cè)定。車體四周布置一組(12個(gè))超聲波傳感器，用于探測(cè)工作區(qū)域內(nèi)各種障礙T作時(shí)，機(jī)器人從某一基點(diǎn)B (X。，Y。)出發(fā)，沿規(guī)劃好的軌跡行走。用光電編碼器和磁航向傳感器測(cè)出機(jī)器人行走時(shí)的實(shí)時(shí)左右輪轉(zhuǎn)角和航向，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄這些數(shù)據(jù)。由此，可分別計(jì)算出車體左右輪在單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)行的距離SLSR 。車體中心運(yùn)行的距離為 S=(SL + SR )2,公式2推算出機(jī)器人在任意時(shí)刻的位置和航向，經(jīng)與機(jī)器人的理論軌跡比較，得到機(jī)器人實(shí)際位置與理論

12、軌跡的偏離量，通過調(diào)整航向來補(bǔ)償。,路徑規(guī)劃,移動(dòng)機(jī)器人按照某一性能指標(biāo)搜索一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的最優(yōu)或次最優(yōu)的無碰路徑。靜態(tài)路徑規(guī)劃 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃,靜態(tài)路徑規(guī)劃,(1) 靜態(tài)路徑規(guī)劃：離線全局路徑規(guī)劃，環(huán)境信息完全已知。可視圖法(V-Graph)、柵格法(Grids)等。 可視圖法的核心思想是將機(jī)器人應(yīng)該到達(dá)的點(diǎn)作為頂點(diǎn)，點(diǎn)的連線作為備選的路徑，于是問題就變成了圖搜索問題。由于連線（又叫?。┑倪x取方法不同，也就有了連接 各個(gè)障礙物頂點(diǎn)的直線、用障礙物的切線表示弧和做出障礙物頂點(diǎn)的voronoi圖的邊作為弧的方法，用voronoi方法可以使得路徑盡可能的遠(yuǎn)離障礙 物。柵格法是用累積值表明該

13、柵格存在障礙物的可能性。,動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃,動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃：在線局部路徑規(guī)劃，環(huán)境信息部分或者完全未知。 人工勢(shì)場法(Artificial Potential Field)：目標(biāo)對(duì)被規(guī)劃對(duì)象存在吸引力，而障礙物對(duì)其有排斥力,引力與斥力的合力作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的加速力，從而計(jì)算機(jī)器人的位置和控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方 向。其缺陷是：存在陷阱區(qū)域、在相近的障礙物群中不能識(shí)別路徑、在障礙物前震蕩、在狹窄通道中擺動(dòng)。模糊邏輯算法( Fuzzy Logic Algorithm)：類似人的避障，經(jīng)驗(yàn)化的方法?；趥鞲衅鞯男畔ⅲ捎媚：壿嬎惴ㄍㄟ^查表得到規(guī)劃出的信息，完成局部路徑規(guī)劃。 遺傳算法( Genetic Algo

14、rithm)。,地圖映射,Grid Map（格子地圖）：就是將周圍的環(huán)境用一個(gè)個(gè)格子表示，如果有障礙物，那就是1，如果沒，那就是0。但是考慮到傳感器信號(hào)不是那么精確，現(xiàn)在普遍使用的 是Certainty Grid Map （確定性格子地圖），傳感器信號(hào)返回后并不是直接轉(zhuǎn)換成0，1，而是一個(gè)概率值，表示這個(gè)gird有障礙物的可能性，如果幾次傳感器的讀數(shù)都表面同一個(gè) grid里面有障礙物，則這個(gè)grid有障礙物的可能性就很高。這樣做的好處是可以避免傳感器誤差。格子地圖的好處是比較精確，對(duì)機(jī)器人周圍的環(huán)境表示比 較完整。但是缺點(diǎn)是太耗內(nèi)存，比較耗計(jì)算資源。尤其是一些處理速度和存儲(chǔ)容量都有限制的微控制

15、器。,,Topology Map （節(jié)點(diǎn)地圖）：就是將相同特征的環(huán)境用一個(gè)點(diǎn)來表示。典型的就是中國地圖中，上海，北京都是用點(diǎn)表示的。這種地圖好處是省資源，由于地圖是一副節(jié)點(diǎn)圖，所以可以很快用一些全局算法做在線的全局規(guī)劃。缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境細(xì)節(jié)描述不夠。,,Hybrid （合成地圖）：綜合了格子地圖和節(jié)點(diǎn)地圖。在局部用格子表示，在全局用節(jié)點(diǎn)表示。是目前廣泛使用的地圖表示法。但是這種表示法有個(gè)問題就是如何有效的將格子地圖和節(jié)點(diǎn)地圖融合在一起,智能導(dǎo)航算法,模糊算法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法 進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),,(1) 模糊邏輯的導(dǎo)航方法 Wong等提出了一種基于模糊邏輯的導(dǎo)航方法，其思想就是定義

16、3個(gè)矢量(機(jī)器人前進(jìn)方向矢量、機(jī)器人到目標(biāo)的方向矢量和機(jī)器人到障礙物的方向矢量)，根據(jù)3個(gè)矢量的位置關(guān)系來決定構(gòu)造模糊規(guī)則庫,,2) 遺傳算法整個(gè)方案的原理就是利用GP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，把定量的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成關(guān)于周圍環(huán)境的定性信息，感知結(jié)束后，采用基于delta規(guī)則的模糊規(guī)則進(jìn)行推理，從而實(shí)現(xiàn)自主式移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航。,,(3) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 構(gòu)建了一個(gè)基于自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混雜系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航，通過傳感器數(shù)據(jù)訓(xùn)練自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人關(guān)于環(huán)境的知識(shí)便逐步積累 構(gòu)造了一個(gè)兩層的模糊推理系統(tǒng)來進(jìn)行機(jī)器人導(dǎo)航，此系統(tǒng)接收傳感器數(shù)據(jù)作為輸入，而直接輸出機(jī)器人控制信號(hào),,4、基于行為的導(dǎo)航方式所謂基于行

17、為的導(dǎo)航是把復(fù)雜的導(dǎo)航功能分解成很多簡單的功能模塊單元。每個(gè)單元有自己的感知器和執(zhí)行器，具有特定的感知?jiǎng)幼餍袨椤C(jī)器人在不同的情景下，激發(fā)并執(zhí)行某個(gè)或某些功能模塊單元。,,(5) 機(jī)器學(xué)習(xí)近十幾年來，機(jī)器學(xué)習(xí)亦在機(jī)器人導(dǎo)航中得到廣泛應(yīng)用。Millan提出了一種聯(lián)結(jié)主義的強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法。機(jī)器人通過幾次試探，就能得到有效的導(dǎo)航策略。研究表明，引入強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法后，機(jī)器人甚至能對(duì)尚未被傳感器探測(cè)到的障礙物做出反應(yīng)，而且對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的噪聲及外來干擾具有魯棒性。Arleo等深入討論了空間學(xué)習(xí)方法及其在機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用。,自主飛行機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),自主飛行機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì),自主飛行機(jī)器人系統(tǒng)是以微型直升

18、機(jī)模型為載體的復(fù)雜系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中導(dǎo)航系統(tǒng)采集各傳感器數(shù)據(jù)得到機(jī)器人當(dāng)前飛行姿態(tài)、空間位置以及相應(yīng)的監(jiān)控信息,控制模塊依此監(jiān)控信息按照給定策略計(jì)算并發(fā)出控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)飛行機(jī)器人的自主控制,,自主飛行機(jī)器人系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供自主飛行機(jī)器人的飛行狀態(tài)信息，包括：飛行的空間位置、高度和飛行姿態(tài)等。導(dǎo)航系統(tǒng)以ARM 控制器作為運(yùn)算、控制核心，其硬件組成包括：三個(gè)方向傳感器、三個(gè)轉(zhuǎn)角傳感器、羅盤、GPS 信號(hào)接收設(shè)備、激光高度測(cè)量設(shè)備等。,,(1) 加速傳感器：將自主飛行機(jī)器人的飛行空間用直角坐標(biāo)系定義，則會(huì)得到三個(gè)方向。在這三個(gè)方向上所設(shè)置的傳感器可以測(cè)量直升機(jī)在該方向上的加速度值。本自主飛行機(jī)

19、器人系統(tǒng)共有三個(gè)加速度傳感器，數(shù)據(jù)類型是模擬數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中采樣周期為5ms。 (2) 角度旋轉(zhuǎn)傳感器：在自主飛行機(jī)器人飛行空間的直角坐標(biāo)系中，三個(gè)方向每個(gè)方向都有一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)傳感器。它可以得到各方向上的角加速度，和旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)值。自主飛行機(jī)器人有三個(gè)同樣的角度旋轉(zhuǎn)傳感器，負(fù)責(zé)各坐標(biāo)軸上的角加速度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量。信號(hào)類型是A/D 數(shù)據(jù)，采樣周期5ms。,,(3) 羅盤可提供自主飛行機(jī)器人繞地坐標(biāo)系x, y 方向的轉(zhuǎn)角絕對(duì)值，結(jié)合角度旋轉(zhuǎn)傳感器可以測(cè)得機(jī)器人的飛行方向。羅盤通過串口與ARM 控制器相連。 (4) 激光高度測(cè)量設(shè)備完成自主飛行機(jī)器人離地高度的測(cè)量。采用串口與ARM 控制器相連，提供

20、當(dāng)前飛行高度信息,,(5) GPS 信號(hào)接收設(shè)備負(fù)責(zé)接收GPS 信號(hào)，并且地面控制設(shè)備也有一個(gè)GPS 信號(hào)接收設(shè)備。 同時(shí)讀取兩個(gè)設(shè)備的GPS 信號(hào)，以差分信號(hào)對(duì)的方法以減小GPS 信號(hào)的誤差。GPS 接收設(shè) 備也是通過串口與ARM 控制器相連。 (6) 主旋翼轉(zhuǎn)速測(cè)量儀，負(fù)責(zé)機(jī)器人主旋翼轉(zhuǎn)速的測(cè)量。當(dāng)主旋翼轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，直升機(jī)狀態(tài) 穩(wěn)定，可控性好。采用PFM 信號(hào)與ARM 控制器相連。,導(dǎo)航系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)(Implementation of navigation system),導(dǎo)航系統(tǒng)將硬件所獲數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)交飛行控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人當(dāng)前的飛行狀態(tài)和飛行目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。導(dǎo)航系統(tǒng)在功能上需要解決的

21、難題有：,,（1）某些參數(shù)無法直接測(cè)量得到。并不是所有的參數(shù)都可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)硬件直接測(cè)得的， 對(duì)于無法直接測(cè)得的參數(shù)需要通過其它參數(shù)間接測(cè)得。 （2）所測(cè)得的值需要考慮誤差、噪聲、延遲等所帶來的影響。 （3）傳感器、測(cè)量設(shè)備的傳輸帶寬是一定的，需合理安排采樣周期等參數(shù)。,應(yīng)用產(chǎn)品,這是一款國外網(wǎng)友DIY的名為Blubber Bot的機(jī)器人，利用氦氣球漂浮在空中，通過推進(jìn)器和內(nèi)置的傳感器自動(dòng)探測(cè)并避開周圍的障礙物。而且他還可以自動(dòng)探測(cè)光源和手機(jī)信號(hào)，在光源和手機(jī)信號(hào)周圍“翩翩起舞”，甚至演奏音樂。 用在商場等公共場所一定很吸引眼球,海龍2號(hào)”是我國自主研制的水下機(jī)器人，高約3.8米，長寬均為1

22、.8米左右，能最大提取250公斤的物品，是我國目前僅有的能在3500米水深、海底高溫和復(fù)雜地形的特殊環(huán)境下開展海洋調(diào)查和作業(yè)的最高精技術(shù)裝備，它是國家重大科技專項(xiàng)、目前我國下潛深度最大、功能最強(qiáng)的無人遙控潛水器，簡稱ROV,,機(jī)器人程序保障系統(tǒng)著名生產(chǎn)商EvolutionRobotics公司向市場推出自己的新產(chǎn)品安裝有自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)器人ER2。確定現(xiàn)有機(jī)器人空間方位的方法是利用超聲波或無線電波定位、激光測(cè)距儀等，其費(fèi)用都高達(dá)數(shù)千美元。而EvolutionRobotics公司的機(jī)器人只需要價(jià) 格為50美元的網(wǎng)絡(luò)用攝影頭和輪式傳感器，就能有把握地知道自己在哪里和去哪里。ER2可以作住宅警衛(wèi)，也可

23、以作向?qū)?，舉辦電視會(huì)議，搬運(yùn)物品，與主人下 象棋或玩其他游戲。,,VSLAM(visualsimultaneouslocalizationandmapping快速目視定位和 定向)。機(jī)器人能自己建立地圖（為此需要帶它散步一次），同時(shí)確定“值得觀看的物品”，隨后它便能確定方位。輪式傳感器可幫助ER2記住路線。值得一提的 是，如果在參觀性散步之后在房間里重新布置家具，則機(jī)器人會(huì)改變?cè)瓉淼牡貓D。EvolutionRobotics公司認(rèn)為，過一段時(shí)間還會(huì)有自動(dòng)巡邏和 搬運(yùn)重物機(jī)器人、“智能”吸塵器與地板打蠟機(jī)器人陸續(xù)上市,發(fā)展趨勢(shì),移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)是傳感技術(shù)、控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù)、電子技

24、術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門技術(shù)的結(jié)合。因此對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展也必然建立在這些技術(shù)的高速發(fā)展之上的。對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的研究應(yīng)該從以下幾個(gè)方面著手,,(1) 先進(jìn)的傳感技術(shù)傳感器相當(dāng)于移動(dòng)機(jī)器人的感覺器官，只有先進(jìn)的傳感器技術(shù)才能有效的采集環(huán)境信息，從而提高導(dǎo)航的效率和準(zhǔn)確性。(2) 高效的信息處理技術(shù)信息處理主要是指對(duì)于傳感器采集進(jìn)來的信息進(jìn)行處理，包括語音識(shí)別與理解技術(shù)，圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)等。由于目前移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航大都采用基于視覺或有視覺參與的導(dǎo)航技術(shù)，因此計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)的水平對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的發(fā)展將起到至關(guān)重要的作用。,,(3) 多傳感器的信息融合技術(shù)多傳感器的導(dǎo)航方式是移動(dòng)

25、機(jī)器人導(dǎo)航發(fā)展的必然趨勢(shì)。這種多傳感器的信息融合技術(shù)充分利用了多個(gè)傳感器的資源，通過對(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和利用，把多個(gè)傳感器在空間或時(shí)間上的冗余或互補(bǔ)信息根據(jù)一定的準(zhǔn)則進(jìn)行組合，從而獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述，因此它不但能夠提高導(dǎo)航精度，同時(shí)也使整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)具有了較高的魯棒性。,,(4) 智能方法的發(fā)展與完善目前在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中，智能方法的應(yīng)用是一個(gè)重要的發(fā)展方向。但目前智能算法在機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用范圍卻受到了很大局限，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用往往局限在環(huán)境的建模和認(rèn)知上，例如機(jī)器人地圖構(gòu)建。同時(shí)由于目前在導(dǎo)航過程中主要采用前饋網(wǎng)絡(luò)，需要教師信號(hào)進(jìn)行訓(xùn)練，因此難于實(shí)現(xiàn)在線應(yīng)用;模糊邏輯應(yīng)用于復(fù)雜未知?jiǎng)討B(tài)環(huán)境中，模糊規(guī)則很難提取，導(dǎo)航的效果也不理想。因此在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中，智能方法還有極大的發(fā)展空間,參考文獻(xiàn),蔡自興. 智能機(jī)器人技術(shù) 2009.6 芮延年 機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用 2008.7,,謝謝,