移动机器人的导航技术总结
机器人导航技术及应用
机器人导航技术及应用【引言】机器人导航技术是现代机器人系统中的重要组成部分，它能够让机器人在连续的空间中进行自主移动，并实现诸如避障、路径规划和运动控制等功能。
近年来，由于人们对于机器人应用领域的需求逐渐增加，因此机器人导航技术的研究也日益受到重视。
本文将对机器人导航技术及应用进行详细介绍。
【机器人导航技术】机器人导航技术一般包括以下几个重要方面：1. 传感器技术传感器技术是机器人导航技术中首要的环节，传感器能够为机器人提供环境数据，是进行导航的必要基础。
在传感器技术方面，激光雷达、视觉传感器和无线电测距器等是比较常用的传感器类型。
2. 地图构建技术机器人在进行导航的时候，需要事先了解环境的情况，因此地图构建技术就显得尤为重要。
地图构建技术一般包括采样、滤波、建模等多个步骤，并需要灵活运用机器学习、计算机视觉等相关技术。
3. 路径规划技术在得到环境地图之后，机器人需要进行路径规划，以便找到一条最佳的行进路线。
常用的路径规划算法有A*算法、Dijkstra算法等。
这些算法可以通过优化机器人的行走路线和运动速度，降低机器人的运行成本和行进时间。
4. 运动控制技术运动控制技术是机器人导航的最后一个环节，运用该技术可以实现机器人的运动控制和运动跟随等功能。
在运动控制技术方面，PID控制、模糊控制和神经网络控制等方法比较常用。
【机器人导航应用】机器人导航技术已经被广泛应用于各个领域。
下面我们将着重介绍其中的几个主要应用：1. 工业自动化在工业自动化领域，机器人导航技术可以为各种生产设备和机器人提供精确的定位和移动服务，可以实现工业生产线的智能化升级。
2. 家庭服务机器人家庭服务机器人可以为居民提供日常生活的各种服务，如携带食品、喂养宠物、草坪修剪等。
机器人导航技术能够提高家庭服务机器人的自主导航精度，增强其智能化水平。
3. 医疗机器人在医疗机器人领域，机器人导航技术可以为医疗器械、护理机器人和外科手术机器人等提供更加精准的定位和导航服务，从而提高医疗治疗的效率和成功率。
移动机器人路径规划技术的现状与发展
移动机器人路径规划技术的现状与发展一、概述移动机器人路径规划技术，作为机器人领域的核心技术之一，在近年来取得了显著的进步与发展。
路径规划技术决定了机器人在复杂环境中如何安全、高效地完成既定任务，对于提升机器人的自主导航和智能决策能力具有至关重要的作用。
当前，移动机器人路径规划技术已广泛应用于工业自动化、物流配送、医疗救援、军事侦查等多个领域，为这些领域的智能化发展提供了有力支持。
随着应用场景的不断拓展和任务的复杂化，对移动机器人路径规划技术的要求也日益提高，这推动了相关技术的不断创新和发展。
在移动机器人路径规划技术的研究中，研究者们不断探索新的算法和技术，以提高路径规划的准确性和效率。
传统的路径规划算法，如Dijkstra算法、A算法等，在已知环境地图中表现出良好的性能，但在面对动态未知环境时，其适应性和实时性受到限制。
研究者们开始关注智能算法和学习算法在路径规划中的应用，如遗传算法、蚁群算法、神经网络以及深度学习和强化学习等。
未来，随着计算机、传感器及控制技术的进一步发展，移动机器人路径规划技术将呈现以下趋势：一是性能指标要求不断提高，包括实时性、安全性和可达性等二是多移动机器人系统的路径规划将成为研究热点，需要解决多机器人之间的协同与协作问题三是多传感器信息融合将在路径规划中发挥越来越重要的作用，以提高环境感知的准确性和可靠性。
移动机器人路径规划技术作为机器人领域的核心技术，正面临着广阔的发展前景和巨大的挑战。
通过深入研究和应用新技术，我们有望为移动机器人路径规划技术的发展注入新的活力，推动机器人领域的持续进步。
1. 移动机器人路径规划技术的重要性在智能科技飞速发展的今天，移动机器人路径规划技术已成为机器人领域研究的核心内容之一。
路径规划技术对于移动机器人的自主性、导航能力和智能决策能力具有至关重要的意义。
它不仅是移动机器人完成各种复杂任务的基础，也是实现机器人智能化的关键标志。
路径规划技术直接影响移动机器人的导航效率。
机器人定位技术详解
机器人定位技术介绍前言随着传感技术、智能技术和计算技术等的不断提高，智能移动机器人一定能够在生产和生活中扮演人的角色。
那么移动机器人定位技术主要涉及到哪些呢？经总结目前移动机器人主要有这5大定位技术。
移动机器人超声波导航定位技术超声波导航定位的工作原理也与激光和红外类似，通常是由超声波传感器的发射探头发射出超声波，超声波在介质中遇到障碍物而返回到接收装置。
通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收时间差及传播速度，计算出传播距离S，就能得到障碍物到机器人的距离，即有公式：S＝Tv／2式中，T—超声波发射和接收的时间差；v—超声波在介质中传播的波速。
当然，也有不少移动机器人导航定位技术中用到的是分开的发射和接收装置，在环境地图中布置多个接收装置，而在移动机器人上安装发射探头。
在移动机器人的导航定位中，因为超声波传感器自身的缺陷，如：镜面反射、有限的波束角等，给充分获得周边环境信息造成了困难，因此，通常采用多传感器组成的超声波传感系统，建立相应的环境模型，通过串行通信把传感器采集到的信息传递给移动机器人的控制系统，控制系统再根据采集的信号和建立的数学模型采取一定的算法进行对应数据处理便可以得到机器人的位置环境信息。
由于超声波传感器具有成本低廉、采集信息速率快、距离分辨率高等优点，长期以来被广泛地应用到移动机器人的导航定位中。
而且它采集环境信息时不需要复杂的图像配备技术，因此测距速度快、实时性好。
同时，超声波传感器也不易受到如天气条件、环境光照及障碍物阴影、表面粗糙度等外界环境条件的影响。
超声波进行导航定位已经被广泛应用到各种移动机器人的感知系统中。
移动机器人视觉导航定位技术在视觉导航定位系统中，目前国内外应用较多的是基于局部视觉的在机器人中安装车载摄像机的导航方式。
在这种导航方式中，控制设备和传感装置装载在机器人车体上，图像识别、路径规划等高层决策都由车载控制计算机完成。
视觉导航定位系统主要包括：摄像机（或CCD图像传感器）、视频信号数字化设备、基于DSP的快速信号处理器、计算机及其外设等。
机器人的导航与定位
机器人的导航与定位随着科技的不断发展，机器人技术正在逐渐融入人们的生活中。
而机器人的导航与定位技术，则是使机器人能够自主地感知和定位周围环境，准确地进行导航和移动的关键。
一、概述机器人的导航与定位技术是指通过各种感知设备和计算方法，使机器人能够感知周围环境，识别位置与方位，并据此安排导航路径，实现自主移动和定位的技术。
导航与定位技术在机器人应用中具有重要地位，它不仅可以帮助机器人完成各种任务，还可以提高机器人的工作效率和安全性。
二、视觉导航与定位视觉导航与定位是一种常见的导航技术，它利用机器人上的摄像头或激光雷达等设备获取环境图像或点云数据，并通过图像处理和计算机视觉算法进行目标检测与识别，从而实现机器人在未知环境中的导航和定位。
这种技术广泛应用于自动驾驶汽车、无人机等领域。
三、惯性导航与定位惯性导航与定位是利用机器人上的惯性传感器，如加速度计和陀螺仪，来感知机器人的加速度和角速度，进而计算出机器人的位姿和位置的一种导航技术。
惯性导航与定位具有实时性好、精度高等优点，在室内环境中常常与其他导航技术相结合使用，提高导航和定位的准确性。
四、声学导航与定位声学导航与定位是利用声纳、超声波等设备，通过测量声波的传播时间和强度，结合声波反射原理，确定机器人与周围障碍物的距离和位置，并根据测量结果进行路径规划和导航。
这种技术主要应用于水下机器人、无人潜艇等领域。
五、卫星导航与定位卫星导航与定位是利用全球定位系统（GPS）等卫星导航系统，通过接收卫星发射的信号，计算机器人的经纬度坐标，实现全球范围的导航和定位。
卫星导航与定位技术已经广泛应用于无人飞行器、航海导航等领域，并取得了显著的成果。
六、融合导航与定位融合导航与定位是指将多种导航技术相结合，通过数据融合和算法优化，提高机器人导航与定位的准确性和鲁棒性。
常见的融合导航方法有卡尔曼滤波、粒子滤波等。
融合导航技术能够在不同环境和任务中适应性较强，已经成为机器人导航与定位研究的热点之一。
机器人自主导航技术发展与应用现状调研
机器人自主导航技术发展与应用现状调研近年来，随着人工智能技术的快速发展，机器人自主导航技术也逐渐成为人们关注的热点。
机器人自主导航技术是指机器人在未知环境中依靠自身感知、决策和规划的能力进行移动和导航。
本文将对机器人自主导航技术的发展与应用现状进行调研和总结。
1. 技术发展现状1.1 传感技术的进步机器人自主导航技术离不开各种传感器的支持，包括激光雷达、视觉传感器、超声波等。
传感技术的进步使得机器人能够更加准确地感知周围环境，从而提高导航的精准度和安全性。
1.2 地图构建与定位技术地图构建与定位技术是机器人实现自主导航的基础。
SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）算法的发展使得机器人能够在未知环境中实时地构建地图，并准确确定自身的位置。
1.3 路径规划与决策算法路径规划与决策算法是机器人自主导航的核心。
通过规划最优路径，并结合环境感知信息和动态障碍物检测，机器人能够根据当前环境状况做出决策，避开障碍物并快速到达目标位置。
2. 应用现状2.1 工业自动化机器人自主导航技术在工业自动化领域得到广泛应用。
传统的生产线需要人工操作和控制的任务，如物料搬运、装配等，现在可以由导航能力强大的机器人来完成，提高生产效率和人力资源利用率。
2.2 服务机器人服务机器人是应用最广泛的机器人类型之一，如家庭服务机器人、导航机器人等。
机器人自主导航技术使得服务机器人能够在家庭环境中实现快速、准确的导航，为人们提供各种日常生活服务。
2.3 物流与仓储随着电商的兴起，物流行业面临着巨大的挑战与机遇。
机器人自主导航技术可以应用于物流和仓储领域，实现物料的自动搬运、仓库的智能管理和自动化配送，提高物流效率和准确性。
3. 应用挑战与展望3.1 复杂环境下的导航机器人在复杂环境中的导航仍然存在一定的挑战，如狭窄空间、不规则地形、动态障碍物等。
如何提高机器人在复杂环境中的导航能力，是未来需要解决的问题之一。
基于SLAM技术的移动机器人导航系统设计
基于SLAM技术的移动机器人导航系统设计随着现代科学技术的不断发展，机器人技术也在不断进步。
移动机器人在各个领域中得到了广泛应用，如工业制造、医疗保健、物流配送等。
在这些领域中，移动机器人导航系统是至关重要的一环。
基于SLAM技术的移动机器人导航系统设计是目前研究的热点之一，本文将对其进行分析和探讨。
一、SLAM技术的概念和原理SLAM是Simultaneous Localization and Mapping的缩写，即同时定位和地图构建技术。
它是机器人导航系统中的一项基本技术，可以使移动机器人在未知环境中实现自主导航和建立地图。
在SLAM技术的实现过程中，机器人需要同时在未知环境中定位自身和构建环境的地图。
SLAM技术可以基于不同的传感器实现，如激光雷达、视觉传感器等。
在使用激光雷达实现SLAM技术时，机器人需要获取激光数据来进行环境的地图构建和机器人的定位。
而在使用视觉传感器实现SLAM技术时，则需要使用图像处理技术实现环境的地图构建和机器人的定位。
二、SLAM技术在移动机器人导航系统中的应用SLAM技术在移动机器人导航系统中起着至关重要的作用。
它可以使机器人在未知环境中实现自主导航和建立环境的地图，在工业制造、医疗保健、物流配送等领域中得到广泛应用。
在工业制造中，机器人可以利用SLAM技术实现自主导航和进行物品搬运。
在医疗保健领域中，机器人可以利用SLAM技术实现自主导航和进行病房巡视等任务。
在物流配送中，机器人可以利用SLAM技术实现自主导航和物品搬运等任务。
三、基于SLAM技术的移动机器人导航系统设计基于SLAM技术的移动机器人导航系统设计需要考虑到多个方面。
以下为几个关键的考虑因素：1.传感器的选择传感器的选择影响着SLAM技术的实现过程。
在选择传感器时，需要考虑到机器人的使用环境、任务需求和成本等因素。
激光雷达和视觉传感器是常见的传感器选择。
2.环境地图构建算法的选择环境地图构建算法是SLAM技术的重要组成部分。
机器人导航系统知识要点梳理
机器人导航系统知识要点梳理机器人导航系统是指利用机器人自主感知和决策能力，实现在未知环境中自主导航和路径规划的系统。
它是机器人领域的核心技术之一，广泛应用于自动驾驶、无人机、智能家居等领域。
本文将对机器人导航系统的关键要点进行梳理。
一、导航技术1. 定位技术定位技术是机器人导航系统中的基础，包括传感器感知、地标识别、地图构建等技术。
目前常用的定位技术包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）和视觉定位等。
2. 地图构建技术地图构建技术是将环境中的空间信息转化为机器人能够理解的形式，为机器人导航提供基础数据。
地图可以通过激光雷达、摄像头等传感器实时生成，也可以由先验地图进行更新和维护。
3. 路径规划技术路径规划技术是指根据机器人当前所处的位置和导航目标，选择最优的路径进行导航。
常用的路径规划算法包括A*算法、Dijkstra算法和深度优先搜索等。
机器人在规划路径时需要考虑避障、可行性和效率等因素。
二、传感器技术1. 激光雷达激光雷达是机器人导航系统中常用的传感器之一。
它通过发射激光束并接收反射的激光束来获取环境中的障碍物信息，实现对环境的感知和地图构建。
2. 摄像头摄像头可以通过图像处理技术获取环境的视觉信息。
在机器人导航系统中，摄像头广泛应用于地标识别、目标检测和实时图像处理等任务。
3. 超声波传感器超声波传感器可以测量距离，用于检测机器人周围的障碍物。
它主要用于近距离的避障和定位。
三、导航算法1. 全局路径规划算法全局路径规划算法是在机器人初始位置和目标位置之间进行路径规划的算法。
它可以找到最短路径或者最优路径，但计算量较大。
常用的算法有A*算法、Dijkstra算法等。
2. 局部路径规划算法局部路径规划算法是在机器人运动过程中根据环境变化进行路径规划的算法，主要用于避障和动态障碍物的处理。
常用的算法有基于速度障碍物（VO）的方法和人工势场法等。
3. 自适应路径规划算法自适应路径规划算法是根据机器人实时感知到的环境信息进行路径规划的算法。
机器人导航中的路径规划算法
机器人导航中的路径规划算法随着人工智能和机器人技术的不断进步，机器人导航已经变得越来越普遍。
机器人导航中的路径规划算法起着至关重要的作用，它能够帮助机器人找到最佳路径来完成给定任务。
本文将讨论机器人导航中常用的路径规划算法及其特点。
一、最短路径算法最短路径算法是机器人导航中最常用的算法之一。
它的目标是找到两点之间的最短路径，使机器人能够以最快的速度到达目的地。
其中，最著名的算法是Dijkstra算法和A*算法。
1. Dijkstra算法Dijkstra算法是一种基于图的搜索算法，它通过计算从起点到终点的最短路径来引导机器人导航。
该算法从起点开始，逐步扩展搜索范围，每次找到当前距离起点最短的节点，并将其加入已经访问过的节点集合中。
同时，更新其他节点的最短距离值，直到找到终点或者搜索完整个图。
Dijkstra算法的优点是保证能够找到最短路径，但计算复杂度较高，适合用于小规模的导航问题。
2. A*算法A*算法是一种启发式搜索算法，结合了广度优先搜索和启发式估计函数的思想。
与Dijkstra算法相比，A*算法通过引入启发式函数来提高搜索效率，从而在更短的时间内找到最短路径。
在A*算法中，每个节点都会被分配一个估计值，与该节点到终点的预计距离相关。
A*算法会优先搜索具有较小估计值的节点，从而尽快找到最短路径。
这种估计函数可以根据具体问题的特点来设计，例如欧氏距离、曼哈顿距离等。
A*算法在大多数情况下比Dijkstra算法更高效，但在某些特殊情况下可能会出现误导机器人的问题。
二、避障路径规划算法除了找到最短路径，机器人导航还需要考虑避障问题。
避障路径规划算法能够帮助机器人避开障碍物，安全到达目的地。
以下是两种常用的避障路径规划算法：1. Voronoi图Voronoi图是一种基于几何空间的路径规划算法。
它通过将已知障碍物的边界等分成小区域，形成一张图。
机器人可以在保持离障碍物最远的同时，选择通过Voronoi图中的空区域进行移动。
自主移动机器人定位技术研究综述_张弦
·开发与创新·Overview of the Localization Technology of Autonomous Mobile RobotsZHANG Xian ，SU Zhi-Yuan（School of Automation ，Beijing Unversity of Post and Telecommunications ，Beijing 100876，China ）Abstract:Localization technology is one of the most basic and important function in autonomous mobile robot.This paper presents some technologies in the autonomous mobile robot localization,Focused on analyzing the technology based on landmark and probabilistic localization,analyses their advantages and limitations and indicates future research directions.Key words:autonomous mobile robot ；localizaiton ；landmark localization ；probabilistic localization机电产品开发与创新Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roductsVol．23,No．2Mar ．,2010第23卷第2期2010年3月0引言自主导航移动机器人采用非固定路径移动的智能小车，由于具有更大的使用灵活性目前已成为目前机器人技术研究的一个热点。
移动机器人路径规划与动态障碍物避让技术研究
移动机器人路径规划与动态障碍物避让技术研究移动机器人的路径规划和动态障碍物避让是现代机器人研究的重要课题。
如何使移动机器人能够在不同环境中自主地规划路径，并且在行进过程中有效地避开动态障碍物，是提高机器人自主导航能力的关键问题。
本文将从路径规划和动态障碍物避让两个方面进行探讨，并介绍相关的研究成果和应用。
路径规划是移动机器人导航中的核心问题之一。
在不同环境中，移动机器人需要能够找到一条连接起点和终点的最短路径，并且能够在路径上避开各种障碍物。
经典的路径规划算法包括A*算法、Dijkstra算法、深度优先搜索和广度优先搜索等。
这些算法能够在静态环境下实现较为优秀的路径规划效果，但在动态环境中的应用效果有所限制。
针对动态环境中的路径规划问题，研究者们提出了一系列的改进算法。
其中，以基于时间窗的路径规划算法为代表的方法，引入了动态超越时间窗的概念，能够避免机器人与动态障碍物产生碰撞。
此外，还有基于概率图的路径规划算法，通过构建概率图模型将动态障碍物的运动状态纳入考虑，进一步提高了路径规划的鲁棒性。
除了路径规划，动态障碍物的避让也是移动机器人导航中的重要问题。
传统的静态避障方法，如人工设定地图和使用传感器检测静态障碍物等，难以满足动态环境下的要求。
因此，研究者们提出了一系列基于感知和决策的动态避障方法。
其中，传感器融合是一种常用的技术，通过利用多个传感器的数据进行障碍物检测和轨迹预测，实现对动态障碍物的识别和预警。
此外，机器学习和深度学习技术也被广泛应用于动态避障中，通过训练模型实现对动态障碍物的自主判断和决策。
近年来，移动机器人路径规划和动态障碍物避让技术在工业、军事、医疗等领域得到了广泛应用。
以工业领域为例，路径规划和动态障碍物避让能够大大提高机器人在生产线上的效率和安全性。
通过合理规划路径，机器人能够避开设备、工人等障碍物，减少潜在的碰撞风险。
而在医疗领域，移动机器人的路径规划和动态障碍物避让技术能够使机器人更好地协助医生进行手术操作，减少对患者的伤害。
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移动机器人的关键技术分为以下三种:(1)导航技术导航技术是移动机器人的一项核心技术之一[3,4]"它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态,实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动"目前,移动机器人主要的导航方式包括:磁导航,惯性导航,视觉导航等"其中,视觉导航15一7]通过摄像头对障碍物和路标信息拍摄,获取图像信息,然后对图像信息进行探测和识别实现导航"它具有信号探测范围广,获取信息完整等优点,是移动机器人导航的一个主要发展方向,而基于非结构化环境视觉导航是移动机器人导航的研究重点。
(2)多传感器信息融合技术多传感器信息融合技术是移动机器人的关键技术之一,其研究始于20世纪80年代18,9]"信息融合是指将多个传感器所提供的环境信息进行集成处理,形成对外部环境的统一表示"它融合了信息的互补性,信息的冗余性,信息的实时性和信息的低成本性"因而能比较完整地,精确地反映环境特征,从而做出正确的判断和决策,保证了机器人系统快速性,准确性和稳定性"目前移动机器人的多传感器融合技术的研究方法主要有:加权平均法,卡尔曼滤波,贝叶斯估计,D-S证据理论推理,产生规则,模糊逻辑,人工神经网络等"例如文献[10]介绍了名为Xavier的机器人,在机器人上装有多种传感器,如激光探测器!声纳、车轮编码器和彩色摄像机等,该机器人具有很高的自主导航能力。
(3)机器人控制器作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一"目前,国内外机器人小车的控制系统的核心处理器,己经由MCS-51、80C196等8位、16位微控制器为主,逐渐演变为DSP、高性能32位微控制器为核心构成"由于模块化系统具有良好的前景,开发具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器也成为当前机器人控制器的一个研究热点"近几年,日本!美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器,如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构!网络功能的机器人控制器"我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项视觉导航技术分类机器人视觉被认为是机器人重要的感觉能力，机器人视觉系统正如人的眼睛一样,是机器人感知局部环境的重要“器官”,同时依此感知的环境信息实现对机器人的导航。
机器人视觉信息主要指二维彩色CCD摄像机信息,在有些系统中还包括三维激光雷达采集的信息。
视觉信息能否正确、实时地处理直接关系到机器人行驶速度、路径跟踪以及对障碍物的避碰,对系统的实时性和鲁棒性具有决定性的作用。
视觉信息处理技术是移动机器人研究中最为关键的技术之一。
基于计算机视觉的自主机器人导航主要分为一下三种方法：(1)基于地图的机器人导航基于地图的导航就是提供给自主机器人其导航环境的模型"在一些早期的视觉系统中,自主机器人导航环境的知识都是以网格表征,把三维空间中物体按体积垂直投影到二维水平平面上,这种方式通常被引用为/占用地图0"后来,占用地图的思想被/虚拟力场0改进"虚拟力场也是一幅/占用地图0,不同的是在地图中每一个被占用的区域都对机器人施加斥力,而目的地图则对机器人施加引力,所有的这些力通过向量的加减运算的共同作用牵引机器人避开障碍物,向目的地运动(2)基于光流的机器人导航santos-Victo:等人研发了一个基于光流的视觉系统robee[0],该系统模拟了蜜蜂的视觉行为。
该系统认为昆虫的眼睛长在两侧的优势就在于它们的导航机制是基于运动产生的特征,而不是深度信息。
在robee中,一个分开的双目视野被用于模仿蜜蜂的中心反射:如果机器人位于环境的中心位置,其左眼拍摄到的画面场景变化速度和右眼拍摄到的画面场景变化速度是一样的,相差几乎为0,这时机器人就可以知道自己处于环境的中心位置,如果两侧眼睛的场景变化速度不同,机器人就朝向速度变化较慢的那一边运动。
在自主机器人导航的实现中,基本的基本思想就是测量两侧眼睛(摄像机)拍摄到画面场景变化速度之差。
该导航技术只能用于室内单一背景的直道环境中导航,无法指导机器人改变方向(3)基于地貌的机器人导航基于地貌的机器人导航一般多用于室外环境,该类导航的核心问题就是数字图像中的模式识别,更具体的说就是物体颜色和纹理的识别问题。
然而,由于光照以及环境色的影响,具有相同本质色的物体在不同的环境下可以呈现出完全不同的颜色,因此就需要对颜色空间进行一定的转化。
室外环境的导航涉及障碍物躲避、地标检测、位置估计等,由于很难预知先验知识,所以系统无法建立一幅卓为环境的完整地图,只能实时处理出现在视野中的对象,这对于导航算法的实时性要求很高。
室外环境的自主机器人导航又可分为机构化环境中的导航和非结构化环境中的导航。
国内外研究现状与发展趋势研究现状由于受室内环境尤其是家庭环境的限制,很多导航方法在室内移动机器人上很难或根本无法应用,比如电磁导航、GPS导航等等;另外,一些导航方法由于成本或精度等原因,亦很难应用在商业化的室内移动机器人中,比如激光定位导航系统需要相当高的成本,而基于RFID的导航系统精度低是有待解决的问题。
从传感器的角度来看,室内移动机器人导航比较常用的方法主要有视觉导航、红外线导航以及多传感器融合导航等"视觉导航又可分为基于单目视觉的导航,基于立体视觉的导航以及基于全景摄像机导航等"由于全景相机具有较宽的视场,比较容易实现基于多路标三角或三边导航系统,因而应用比较广泛;基于单目视觉的导航系统相对比较简单且易于实现,在实际的系统中取得广泛应用[l6,17];立体视觉一般用于基于自然路标的导航系统中,文献=181中采用SIFT特征点作为自然路标来实现机器人自定位"此外,基于多传感器融合的机器人导航系统也是当前研究的热点,例如导航系统中融合声纳传感器以及视觉传感器实现室内机动机器人的导航。
目前,根据已知地图的移动机器人导航研究己有许多成功实例,然而,在大多数情况下,机器人所处的环境是未知的和动态变化的,因而移动机器人在未知环境下的同步定位和地图构建(SimultaneouslocallzationandmaPping,SLAM)则成为机器人自定位领域的热点"常用的SLAM 技术主要有基于激光传感器的SLAM和基于视觉传感去的SLAM(简称VSLAM)"由于视觉传感器的优点,VSLAM具有更广泛的应用前景"vSLAM技术一般基于自然路标实现,在国内外受到广泛的理论研究[z0,2.l,但要想成功应用与实际系统中,还有很多问题有待解决。
发展趋势整体来说,随着机器人视觉系统硬件性能的提升和处理方法的不断丰富,基于视觉的导航技术将日益成熟与完善。
结合室内移动机器人视觉导航技术的研究现状,其发展方向出要存在如下三种趋势:(1)实时、精确以及稳定的视觉导航方法当前的视觉导航技术往往在对视觉数据进行简单处理后就用于导航任务,因而只能从图像中提取有限的信息,很容易导致导航任务的失败"因此在改善硬件设备的同时,可以考虑将并行处理技术!各种智能算法应用于具体导航任务。
(2)多传感器融合以及多种导航技术的综合使用多传感器融合[23]可以结合多种导航传感器的优点,取长补短,使导航系统的鲁棒性更强并且具有更高的精度。
另外,当前机器人导航大多采用单一的导航技术,而一种导航方法往往存在其固有的局限性"路标地图描述比较粗略,几何地图使用起来一般计算复杂度高;卡尔曼定位局限于系统及测量噪声为高斯白噪声,粒子滤波方法也存在计算量较大等问题"因此在完善单一自定位方法的同时,应该将各种技术的特点系统性地综合起来加以应用,取长补短。
(4)基于VSLAM技术的导航方法目前,VSLAM技术在理论上还不成熟,在实际应用中也才存在很大困难,但为了使移动机器人具有更高的自主导航能力以及环境适应能力,解决VSLAM技术存在的疑难问题并使其成功地应用于机器人导航系统,这必然是未来机器人自定位的主流趋势之一。
备注：上面这篇文章来自《移动机器人视觉导航算法的研究与设计》，作者姓名:孙志阳指导教师:吴成东教授王晓哲副教授上篇文章主要着眼点为室内机器人导航问题。
移动机器人视觉导航技术视觉导航技术是智能机器人领域的重要研究方向，也是智能移动机器人的一项关键技术。
运用视觉传感器，可进行与移动机器人大多数底层行为控制有关的环境感知，如测距、避障、目标物跟踪、轨迹跟踪、局部定位、路标识别。
1、基于环境理解的全局定位一般的定位方法是：地理特征或人工标志在世界坐标系中的位置是预先已知。
当从捕获的景物图像中提取出路标的图像坐标后，再通过路标在图像中的位置和他们在世界坐标系中的几何位置关系计算出传感器系统在世界坐标系中的绝对位置。
根据一般采用的数学模型，位置计算要求感知至少3 个以上的路标才能完成，所以一般希望传感器系统在任意工作空间位置上尽可能观察到足够多的路标[8][9]。
视觉导航具有信息量大，适用范围广的优点，因而越来越受到关注。
2、路径识别和跟踪包括对自然环境中道路的理解和可行通路方向的判别。
在基于视觉导航的地面自主机器人中, 机器视觉与路径规划是核心模块. 目前国内外许多学者在这方面作了大量的研究工作, 到目前为止还没有找到一套适用于各种道路环境的算法。
为了简化视觉信息处理, 降低开发难度, 通常把移动机器人的工作环境分为结构化道路环境和非结构化道路环境. 结构化道路的检测相对来说较易实现, 其检测技术一般都以边缘检测为基础, 辅以 Hough 变换、模式匹配等, 并利用最小二乘法处理对应于道路边界的线条, 得出道路的几何描述。
由于非结构化道路的环境复杂、特征描述困难, 使得非结构化道路的检测及信息处理复杂化。
目前对非结构化道路的检测主要采用三种方法: 边缘抽取法、阈值法和分类法。
3、目标识别和障碍物检测障碍物检测原理与道路检测原理差不多, 但其重点是对障碍物位置和大小的描述。
立体视觉可以完成三维重建，获得障碍物位置和大小的信息。
对于单目，不能完成三维重建，无法获得障碍物的三维信息，因此多采用与超声波等其他传感器的融合，共同实现障碍物的识别工作。
以上内容来自《自主移动机器人导航研究》作者：连秀林北京交通大学。