基于机器人操作系统的机器人定位导航系统实现
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/106873468.html, 基于机器人操作系统的机器人定位导航系统实现
作者：姜楚乔孙焜范光宇张鹏飞
来源：《科学大众》2019年第09期
摘 ; 要：轮式机器人的定位导航技术是当前业界的研究热点。目前，大多机器人是在室内进行工作，定位导航是保证机器人能在室内正常工作的关键技术之一。文章采用当前流行的机器人操作系统，通过激光雷达等传感器对环境进行扫描，并基于扫描点云数据匹配实现室内定位和导航，通过ROS和程序实现结果验证该系统具有良好的定位导航效果。
关键词：轮式机器人;机器人操作系统;激光雷达;SLAM;最短路径
自1959年世界第一台机器人诞生至今，机器人在市场上占有越来越重要的地位。从最初大型工厂的工业机器人，到现今走入千家万户的扫地机器人，机器人越来越贴近人类的日常生活。在众多种类的机器人中，轮式机器人占有较大份额。2014—2019年的全球機器人市场规
模平均增长率约为12.3%，在机器人市场结构中，服务机器人占比约为1/3。在我国，由于国家对公共基础建设投资力度强，所以服务机器人的市场需求尤为显著。2019年，我国服务机
器人市场规模有望达到22亿美元，高于全球服务机器人市场增速[1]。
在服务机器人的开发中，为达到自由移动、服务于多数人的目的，大多采用轮式机器人，且多属于室内服务机器人。场景多用于仓库搬运、室内引导、室内物品采集传递等。为保证机器人在一定空间内可以顺利地完成各项工作，机器人的精准定位和导航成为研究轮式机器人首要攻克难点。
机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是当前流行的机器人开发环境平台，该平台采用分布式架构，集成了底层驱动程序管理、程序发行包管理、程序间传递消息、硬件描述等相关服务[2]。由于该操作系统是开源操作系统，采用分布式架构，可扩展性高，因而可
单独设计每个运行程序，同时运行程序又具有松散耦合性。因此，自2010年正式发布以来，ROS操作系统受到众多机器人开发者的喜爱。
目前，机器人主要采用激光雷达作为定位导航的主要硬件，常见的激光雷达主要采用斜射式激光三角测距技术，雷达通过激光器扫描周围物体，当扫描到目标检测物体时，激光会发生反射和散射，反射光线经过接收器的透镜汇聚为光斑，光斑成像在感光耦合组件（Charge-coupled Device，CCD）的位置传感器上，机器人能更快速、精确地建图。当目标物体移动时，雷达内部嵌入式芯片，通过接收到的角度信息和距离信息，结合光斑的移动来计算目标物体的移动。
智能制造-机器人的操作系统 精品
机器人的“操作系统”： Microsoft Robotic Studio ――让你的机器人像个人电脑一样 众所周知，微软公司(Microsoft Corp.)的Windows系列操作系统已经在个人电脑领域占据了主导地位。无论您的机器是何种品牌、何种型号、何种配置，Windows操作系统都能够轻松应对并为您提供想要的服务。同时，友好的用户界面也赢得了广大用户的青睐，使Windows成为个人电脑领域最受欢迎的操作系统。如今，这一传统正在进入欣欣发展的机器人行业，而且不仅仅局限于家用机器人领域，在工业机器人领域也已经崭露头角。这就是微软机器人工作室推出的机器人操作系统――Microsoft Robotic Studio。 在目前机器人行业的生产和开发过程中，还没有统一的平台和标准，不同公司按照不同的标准和技术路线生产和开发机器人设备。对于机器人的初学者而言进入的门槛过高，每一个开发人员都要从底层硬件入手再到上层的控制软件，大量的人力物力消耗在了重复的设计中，为了改变这一局面，为机器人开发人员能减少一些麻烦的工作和创建不同类型硬件的标准，简化对机器人的编程，把更多的精力投入机器人智能领域的研究，20XX年6月微软公司推出了“Microsoft Robotic Studio”机器人开发软件，迈出了向机器人行业进军的第一步。 微软公司于20XX年5月19日在匹兹堡举办的 RoboBusiness Conference and Exposition(机器人商业大会暨展览会)上首次发布了其机器人技术编程平台的最新版本 Microsoft Robotics Developer Studio 20XX 的社区技术预览版 (CTP)。Microsoft Robotics Developer Studio 20XX 包含对齐运行时间性能、分布式计算功能以及工具的改进。这个被称为“Microsoft Robotics Studio”(微软机器人技术工作室)的新平台主要用于机器人技术的开发，适合学术、理论和商业研究等领域。 1 Microsoft Robotic Studio的特点 Microsoft Robotic Studio（MSRS）是一个用于机器人项目的软件开发包（SDK），它主要包括可视化编程语言，机器人服务和机器人仿真三个主要部分，运行时环境可以工作在目前的机器人技术中使用的各种8、16和32位处理器上。该软件重点是让用户编写简单的模块化命令程序，并如同服务那样动作。这种程序一般不在目标机器人的有限处理器和存储器上运行，而是通过机器人定义的许多通信协议中的一种与机器人进行交互。 基于MRS开发机器人控制软件是使用“服务”概念的程序，就是将机器人的每一个子功能和任务设计成一个个独立的“服务”，该服务可以通过PC与机器人实体有线或者无线的连结来得到机器人实体上传感器的数据，并进行处理，可以向机器人实体发送控制命令，控制机器人的运动。这样的控制软件结构对应了机器人控制中基于行为的控制方法，其中的“服务”就是“行为”的软件实现。在开发机器人软件时还可以使用Microsoft提供的可视化编程语言，
移动机器人导航技术总结
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。
基于机器人操作系统的机器人定位导航系统实现
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/106873468.html, 基于机器人操作系统的机器人定位导航系统实现 作者：姜楚乔孙焜范光宇张鹏飞 来源：《科学大众》2019年第09期 摘 ; 要：轮式机器人的定位导航技术是当前业界的研究热点。目前，大多机器人是在室内进行工作，定位导航是保证机器人能在室内正常工作的关键技术之一。文章采用当前流行的机器人操作系统，通过激光雷达等传感器对环境进行扫描，并基于扫描点云数据匹配实现室内定位和导航，通过ROS和程序实现结果验证该系统具有良好的定位导航效果。 关键词：轮式机器人;机器人操作系统;激光雷达;SLAM;最短路径 自1959年世界第一台机器人诞生至今，机器人在市场上占有越来越重要的地位。从最初大型工厂的工业机器人，到现今走入千家万户的扫地机器人，机器人越来越贴近人类的日常生活。在众多种类的机器人中，轮式机器人占有较大份额。2014—2019年的全球機器人市场规 模平均增长率约为12.3%，在机器人市场结构中，服务机器人占比约为1/3。在我国，由于国家对公共基础建设投资力度强，所以服务机器人的市场需求尤为显著。2019年，我国服务机 器人市场规模有望达到22亿美元，高于全球服务机器人市场增速[1]。 在服务机器人的开发中，为达到自由移动、服务于多数人的目的，大多采用轮式机器人，且多属于室内服务机器人。场景多用于仓库搬运、室内引导、室内物品采集传递等。为保证机器人在一定空间内可以顺利地完成各项工作，机器人的精准定位和导航成为研究轮式机器人首要攻克难点。 机器人操作系统（Robot Operating System，ROS）是当前流行的机器人开发环境平台，该平台采用分布式架构，集成了底层驱动程序管理、程序发行包管理、程序间传递消息、硬件描述等相关服务[2]。由于该操作系统是开源操作系统，采用分布式架构，可扩展性高，因而可 单独设计每个运行程序，同时运行程序又具有松散耦合性。因此，自2010年正式发布以来，ROS操作系统受到众多机器人开发者的喜爱。 目前，机器人主要采用激光雷达作为定位导航的主要硬件，常见的激光雷达主要采用斜射式激光三角测距技术，雷达通过激光器扫描周围物体，当扫描到目标检测物体时，激光会发生反射和散射，反射光线经过接收器的透镜汇聚为光斑，光斑成像在感光耦合组件（Charge-coupled Device，CCD）的位置传感器上，机器人能更快速、精确地建图。当目标物体移动时，雷达内部嵌入式芯片，通过接收到的角度信息和距离信息，结合光斑的移动来计算目标物体的移动。
基于GPS的机器人导航系统
基于GPS的机器人导航系统 一、课题的来源及意义 随着社会经济的飞速发展和科学技术的全面进步,以及人口老龄化、年青一代知识化、农林、水产、建筑、电力矿业、医疗等非制造领域中的熟练工人将日益短缺，智能机器人的出现成为不可阻挡的历史潮流。但是如何实现机器人的高精度位移和动作成了当今时代的一大课题。 新一代智能机器人的研发在国内外已经受到越来越多的重视。在工业发达的美、日等国，已研制出用于手工业、医疗、服务等领域的微小型机器人，如日本安川电机公司的SCORBOTER-V个人机器人，具有高轻度、高性能、高安全、高通用性的特点。机器人的研究范畴将更加宽广，研究方法更加多样，研究对象更加复杂，与材料、物理、生物、信息等学科领域的交叉与融合更加深入。 二、方案设计及选择 1. 总体方案设计 本设计以新华龙公司的C8051F330单片机为控制核心，通过GPS模块C3-370C实现机器人的精确导航定位。GPS模块实时接收卫星发射的时间、日期、经度、纬度、高度等信息，并通过RS232发送给单片机，单片机接收到信息后，根据GPS的NMEA-0183协议对接收到的卫星信息进行提取，获得所需要的时间、经度、纬度等有用信息，通过与当前所处位置坐标的比对计算，控制机器人的运行方向，从而实现机器人的精确导航。由于卫星是不停地发送信息的，所以GPS 模块转发给单片机的数据量也是非常庞大的，所以，本设计采用外部扩展SRAM 来存储接收到的卫星信息。并用LCD显示模块实时显示机器人当前所处的位置坐标和时间等信息，并给系统留有4 x 4的矩阵键盘接口，可以通过手动输入自行设定机器人的下一站位置坐标，实现机器人的灵活运动和控制功能。冷启动时，系统启动时间1分钟以内，精度可达30米左右；热启动时，系统启动时间30秒以内，若上电发送定位修正信息，精度可达10米左右。其系统框图如图1-1所示
人工智能原理及其应用(王万森)第3版 课后习题答案
第1章人工智能概述课后题答案 1.1什么是智能?智能包含哪几种能力？ 解：智能主要是指人类的自然智能。一般认为，智能是是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。 智能包含感知能力，记忆与思维能力，学习和自适应能力，行为能力 1.2人类有哪几种思维方式?各有什么特点？ 解：人类思维方式有形象思维、抽象思维和灵感思维 形象思维也称直感思维，是一种基于形象概念，根据感性形象认识材料，对客观对象进行处理的一种思维方式。 抽象思维也称逻辑思维，是一种基于抽象概念，根据逻辑规则对信息或知识进行处理的理性思维形式。 灵感思维也称顿悟思维，是一种显意识与潜意识相互作用的思维方式。 1.3什么是人工智能?它的研究目标是什么？ 解：从能力的角度讲，人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现智能；从学科的角度看，人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。 研究目标： 对智能行为有效解释的理论分析； 解释人类智能； 构造具有智能的人工产品； 1.4什么是图灵实验？图灵实验说明了什么？ 解：图灵实验可描述如下，该实验的参加者由一位测试主持人和两个被测试对象组成。其中，两个被测试对象中一个是人，另一个是机器。测试规则为：测试主持人和每个被测试对象分别位于彼此不能看见的房间中，相互之间只能通过计算机终端进行会话。测试开始后，由测试主持人向被测试对象提出各种具有智能性的问题，但不能询问测试者的物理特征。被测试对象在回答问题时,都应尽量使测试者相信自己是“人”，而另一位是”机器”。在这个前提下，要求测试主持人区分这两个被测试对象中哪个是人，哪个是机器。如果无论如何更换测试主持人和被测试对象的人，测试主持人总能分辨出人和机器的概率都小于50%，则认为该机器具有了智能。 1.5人工智能的发展经历了哪几个阶段？ 解：孕育期，形成期，知识应用期，从学派分立走向综合，智能科学技术学科的兴起
机器人操作系统ROS典型功能实现方法详解
机器人操作系统R O S典 型功能实现方法详解 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
机器人操作系统ROS: 典型功能实现方法详解 李宝全ROS体系 版本： Hydro 2013-09-04 Groovy 2012-12-31 Fuerte 2012-04-23 Electric Diamondback ROS是一种分布式的处理框架。 文件系统：在硬盘上查看的ROS源代码的组织形式 包 Package： 含有或 比如下文中的turtlebot_teleop，turtlebot_bringup。 堆：Stack 包的集合 含有 编译方法： catkin：Groovy及以后版本 rosbuild：用于Fuerte及以前版本 常用命令： rostopic list；列出系统中的所有Topic rosdep：安装依赖包，例如 rosdep install rosaria 安装时，需要先建一个工作空间，然后把gitgub网站上相应的包下载到src文件夹下，再执行该语句。具体见“ROSARIA配置与运行”一节。
环境变量设置：export 例如： export ROS_HOSTNAME=marvin export ROS_MASTER_URI= Bulks给的一些有用的命令 rosnode info /rosaria_teleop_key_1 rosrun rqt_robot_steering rqt_robot_steering rosrun rqt_gui rqt_gui rostopic help rosnode help rosnode info /RosAria rosnode info /rosaria_teleop_key_1 rosnode list echo $ROS_HOSTNAME ROS安装 安装教程： 安装keys 安装 使Debian包为最新：sudo apt-get update Full安装：sudo apt-get install ros-hydro-desktop-full 会出现一个界面，利用Tab选择Yes即可 成功则提示：ldconfig deferred processing now taking place 找到可以使用的包： apt-cache search ros-hydro 初始化rosdep sudo rosdep init rosdep update 环境设置 echo "source /opt/ros/hydro/" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc 得到rosintall sudo apt-get install python-rosinstall TurtleBot 配置与运行 介绍TurtleBot的主页面（安装&运行）： TurtleBot包(Package)的安装过程 安装（/// ）：按照Debs Installation按照方法来安装： 1.首先安装：> sudo apt-get install ros-hydro-turtlebot ros-hydro-turtlebot-apps ros-hydro- turtlebot-viz ros-hydro-turtlebot-simulator ros-hydro-kobuki-ftdi 2.之后加入sourse的bash中：> . /opt/ros/hydro/. 说明： a)在终端中输入这一行后很快就结束. b)效果是在.bashrc（Home中的隐藏文件）的最后一行加入了"source /opt/ros/hydro/", c)效果等效于命令> echo "source /opt/ros/hydro/" >> ~/.bashrc. 这样的话就不用每次启 动都输入命令“source /opt/ros/hydro/”了. d)这个好像在安装ROS时已经执行过了，不需要再执行一次吧 3.之后加入kobuki的udev规则：> rosrun kobuki_ftdi create_udev_rules 安装完之后还需要加入网络时间控制（/// ）, 否则与kokuki无法通讯. 1.首先安装chrony：sudo apt-get install chrony 问题：我重装系统后再安装turtlebot后，连接不上kokuki，但能正常连接Kinect。在命令
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。现在有很多机器人系统采用CCD图像传感器，其基本元件是一行硅成像元素，在一个衬底上配置光敏元件和电荷转移器件，通过电荷的依次转移，将多个像素的视频信号分时、顺序地取出来，如面阵CCD传感器采集的图像的分辨率可以从 32×32到1024×1024像素等。 视觉导航定位系统的工作原理简单说来就是对机器人周边的环境进行光学处理，先用摄像头进行图像信息采集，将采集的信息进行压缩，然后将它反馈到一个由神经网络和统计学方法构成的学习子系统，再由学习子系统将采集到的图像信息和机器人的实际位置联系起来，完成机器人的自主导航定位功能。 GPS全球定位系统 如今，在智能机器人的导航定位技术应用中，一般采用伪距差分动态定位法，用基准接收机和动态接收机共同观测4颗GPS卫星，按照一定的算法即可求出某时某刻机器人的三维位置坐标。差分动态定位消除了星钟误差，对于在距离基准站1000km的用户，可以消除星钟误差和对流层引起的误差，因而可以显着提高动态定位精度。 但是因为在移动导航中，移动GPS接收机定位精度受到卫星信号状况和道路环境的影响，同时还受到时钟误差、传播误差、接收机噪声等诸多因素的影响，因此，单纯利用GPS导航存在定位精度比较低、可靠性不高的问题，所以在机器人的导航应用中通常还辅以磁罗盘、光码盘和GPS的数据进行导
机器人操作系统ROS Indigo 入门学习(2)——安装和配置你的ROS环境
这个教程将会带你走过在你的计算机上安装ROS和设置ROS环境变量。 1.安装ROS 请参考前面的教程。 注意：当你用像apt这样的软件包安装管理器安装ROS，那么这些软件包用户是没有权利的去编辑的，当创建一个ROS package和处理一个ROS package时，你应该始终选择一个你有权限工作的目录作为工作目录。 2.管理你的环境 在安装ROS的时候，你会看到提示区source（命令）几个setup.*sh文件，或者甚至添加“sourcing”到你的shell启动脚本中。这是必须的，因为ROS依赖在结合使用shell环境空间的概念上。这使得开发依赖不同版本的ROS或者不同系列的package更加容易。 如果你在寻找或者使用你的ROS package上有问题，请确定的你的ROS环境变量设置好了，检查是否有ROS_ROOT and ROS_PACKAGE_PATH这些环境变量。 export | grep ROS 如果没有你需要使用‘source’一些setup.*sh文件。 环境设置文件时为你产生的，但是可以来自不同的地方： 使用package 管理器安装的ROS package提供setup.*sh文件； rosbuild workspace使用像rosws这样的工具提供setup.*sh文件； setup.*sh文件在编译和安装catkin package时作为副产品创建。 注意：rosbuild和catkin是两种组织和编译ROS代码的方式，前者简单易用，后者更加复杂但是提供更多灵活性尤其是对那些需要去集成外部代码或者想发布自己软件的人。 如果你在ubuntu上使用apt工具安装ROS，那么你会在'/opt/ros/
移动机器人的自主导航控制
移动机器人的自主导航控制 一、研究的背景 移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、计算机技术、机械工程、电子工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、国防、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在排雷、搜捕、救援、辐射和空间领域等有害与危险场合都得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 在自主式移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其研究核心，同时也是移动机器人实现智能化及完全自主的关键技术。导航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。导航主要解决以下三方面的问题:(l)通过移动机器人的传感器系统获取环境信息;(2)用一定的算法对所获信息进行处理并构建环境地图;(3)根据地图实现移动机器人的路径规划及运动控制。 二、相关技术 移动机器人定位是指确定机器人在工作环境中相对于全局坐标的位置，是移动机器人导航的基本环节。定位方法根据机器人工作环境的复杂性、配备传感器种类和数量等方面的不同而采用多种方法。主要方法有惯性定位、标记定位、GPS定位、基于地图的定位等，它们都不同程度地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。 惯性定位是在移动机器人的车轮上装有光电编码器，通过对车轮转动的记录来粗略地确定移动机器人位置。该方法虽然简单，但是由于车轮与地面存在打滑现象，生的累积误差随路径的增加而增大，导致定位误差的逐渐累积，从而引起更大的差。 标记定位法是在移动机器人工作的环境里人为地设置一些坐标已知的标记，超声波发射器、激光反射板等，通过机器人的传感器系统对标记的探测来确定机器人在全局地图中的位置坐标。三角测量法是标记定位中常用的方法，机器人在同一点探测到三个陆标，并通过三角几何运算，由此可确定机器人在工作环境中的坐标。标记定位是移动机器人定位中普遍采用的方法，其可获得较高的定位精度且计量小，但是在实际应用中需要对环境作一些改造，添加相应的标记，不太符合真正意义的自主导航。 GPS定位是利用环绕地球的24颗卫星，准确计算使用者所在位置的庞大卫星网 定位系统。GPS定位技术应用已经非常广泛，除了最初的军事领域外，在民用方面也得到了广泛的应用，但是因为在移动导航中，移动GPS接收机定位精度受到卫 星信号状况和道路环境的影响，同时还受到时钟误差、传播误差、接收机噪声
机器人导航方法与制作流程
一种机器人导航方法，属于机器人导航控制技术领域。方法包括：步骤S01,获取驱动轮和旋转编码器信息，计算机器人里程；步骤S02,获取九轴传感器采集信息，基于融合算法计算机器人的偏航角Z、横滚角X和俯仰角Y；步骤S03,获取激光导航模块扫描信息，定位机器人的平面位置；步骤S04,基于机器人里程、偏航角Z、横滚角X、俯仰角Y和激光导航模块的扫描结果，提取机器人周围信息并生成二维地图；步骤S05,获取视觉导航模块的图像信息，提取机器人在空间中所处的位置、方向和环境信息，建立环境模型；步骤S06,基于二维地图和环境模型，生成全景空间地图。本技术使得机器人在高精度综合导航上定位精度可达豪米级别，且消除了机器人运动累积误差。 权利要求书 1.一种机器人导航方法，其特征在于，应用于在底盘设置配有旋转编码器的驱动轮、九轴传 感器和激光导航模块，以及在头部设置视觉导航模块的机器人，方法包括：
步骤S01,获取驱动轮和旋转编码器信息，计算机器人里程； 步骤S02,获取九轴传感器采集信息，基于融合算法计算机器人的偏航角Z、横滚角X和俯仰角Y； 步骤S03,获取激光导航模块扫描信息，定位机器人的平面位置； 步骤S04,基于机器人里程、偏航角Z、横滚角X、俯仰角Y和激光导航模块的扫描结果，提取机器人周围信息并生成二维地图； 步骤S05,获取视觉导航模块的图像信息，提取机器人在空间中所处的位置、方向和环境信息，建立环境模型； 步骤S06,基于二维地图和环境模型，生成全景空间地图。 2.根据权利要求1所述的一种机器人导航方法，其特征在于，所述步骤S01具体包括： 步骤S11,获取驱动轮和旋转编码器信息，计算机器人的左轮速度vl和右轮速度vr； 步骤S12,根据机器人的左轮速度vl和右轮速度vr，依据公式计算机器人前进速度v，并依据公式计算机器人绕圆心运动的角速度w； 步骤S13，根据机器人前进速度v和机器人绕圆心运动的角速度，依据公式计算机器人圆弧运动的半径。 3.根据权利要求2所述的一种机器人导航方法，其特征在于，所述旋转编码器信息包括左轮旋转圈数、右轮旋转圈数；所述驱动轮信息包括左轮周长、右轮周长；依据左轮旋转圈数和左轮周长计算所述左轮速度vl，依据右轮旋转圈数和右轮周长计算所述右轮速度vr。 4.根据权利要求1所述的一种机器人导航方法，其特征在于，所述九轴传感器包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计。
机器人操作系统
机器人操作系统ROS 1.何谓ROS ROS是一个机器人软件操作平台，前身由斯坦福大学(Stanford Artificail Intelligence Laboratory)所研发。它提供一些标准操作系统服务，目前主要支持Ubuntu操作系统。ROS 可分为两层，低层是操作系统层，高层是实现不同功能的软件包。 2.ROS的版本 ROS1.0版本叫做Box Turtle,2010年3月2日发布；ROS 1.1-1.2 C Turtle，2010年8月2日发布；ROS 1.3-1.4 Diamondback,2011年3月2日发布。 3.ROS文件系统的概念和操作 (1)ROS文件系统的概念 Packages: 它位于ROS软件的最底层，可以包含任意的东西: libraries,tools,executables,etc. Manifest: 是package的描述。其最重要的角色是定义packages之间的依赖关系（manifest.xml）。 Stacks: 它是package的集合，是一个更高层的library。 Stack Manifest: stack的描述（stack.xml）。 setup.sh文件设置ROS工作区的环境变量。 source ~/setup.sh：将设置永久化。 此时键入echo $ROS_PACKAGE_PATH 指令，会看到类似于 home/user/ros_workspace:/opt/ros/electric/stacks 的路径。 （2）ROS文件系统的操作 a.rospack find [package name] 返回指定package的路径（rospack提供与package相关的信息）。 b.rosstack find [stack name] 返回指定stack的路径； c.roscd 更改文件夹；
基于激光雷达的移动机器人定位与导航技术 --大学毕业设计论文
目录 第一章绪论 (3) 1.1引言 (3) 1.2移动机器人的定义与主要研究内容 (3) 1.2.1移动机器人的定义 (3) 1.2.2移动机器人的主要研究内容 (4) 1.3本文研究课题与内容安排 (5) 1.3.1研究课题 (5) 1.3.2内容安排 (6) 第二章移动机器人导航技术概述 (8) 2.1移动机器人工作环境表示方法 (8) 2.1.1几何地图 (8) 2.1.2拓扑地图 (10) 2.2移动机器人定位技术 (11) 2.2.1相对定位技术 (11) 2.2.2绝对定位技术 (12) 2.3移动机器人路径规划方法 (13) 2.3.1Dijkstra和A*图搜索算法 (13) 2.3.2人工势场法 (13) 2.3.3调和函数势场法 (14) 2.3.4回归神经网络法(RNN) (15) 第三章基于线段关系的扫描匹配定位 (17) 3.1环境描述 (17) 3.2定位传感器 (19) 3.3直线段提取................................................................................. . (20) 3.3.1LRF数据点分段 (20) 3.3.2直线拟合 (21) 3.3.3直线斜率计算 (21) 3.4线段关系(LSR)匹配 (23) 3.4.1判据选取 (23) 3.4.2递进式对应性计算 (25) 3.4.3距离关系比较的分离与合并 (26) 3.4.4最佳匹配搜索 (28) 3.4.5位姿计算 (29) 3.5实验及结果分析 (29) 第四章基于已知地图的路径规划 (32) 4.1基于A*算法的拓扑地图规划 (33) 4.1.1拓扑地图的表示 (33) 4.1.2A*算法 (34) 4.2基于回归神经网络(RNN)的栅格规划算法 (36) 4.2.1栅格环境的RNN表示 (36)
汽车机器人自动导航方案
汽车机器人自动导航方案 本文详细介绍了使用DSP 为图像分析核心，包括车道偏离，仿撞预警，语音录放、键盘及显示、报警及雷达等外围电路的设计，给出一套基于图像分析+雷达测距的汽车自动导航系统软硬件解决方案。一，功能系统装配在汽车上后，能结合本车的速度自动判断车前方的障碍物，当车辆前方出现障碍物对本车构成威胁时，他能自动报警，提醒驾驶人员注意，驾驶员就能及时采取相应的措施。驾驶员未听到报警或听到报警未采取措施或采取措施迟缓或者出现失误时，它能使汽车自动减速、自动刹车，有效的保护车辆和乘车人员的安全。障碍物不构成威胁时，能使汽车处于正常状态，不影响本车提速和超车，无 论白天、夜晚，该装置都能有效发挥自动防撞作用1，及时准确地测量出行驶 中的车辆前方障碍物的距离，可以对驾驶员起到提前预警的作用,减少和避免撞车事故2，防止汽车拐弯时，和盲点车侧面相撞或者刮蹭，3，行至交叉口时可通过雷达判断是否堵车，3，通过智能分析发现路线偏离，提醒报警（单线， 改线，无线）4，在大灯坏，雨天，傍晚，大雾等特殊环境中行车5，通过视频分析防司机瞌睡6，预留GPS 电子狗,DVR 黑盒子功能接口。7，预留LCD，选留hud 抬头显示接口。8，可探测企图接近车身的行人二，解决方案，实现 如下：主要有测距系统、信息处理系统和刹车执行系统三部分组成。测距系统：该系统采用摄像头图像处理技术，经过严谨的科学论证、精确的计算研制而成，他的主要作用是探测前方障碍物的距离。信息处理系统：对测距系统发来的信息，通过计算机编码程序进行识别运算和处理，然后根据处理要求向刹车执行系统发出指令，来实现对刹车执行系统的控制。刹车执行系统：根据信息处理系统发出的指令，刹车执行系统按照要求进行有效的制动。1.产品 体积小，安装简便，操作使用方便，切适用于任何车型，在不改变原车结构和
机器人操作系统.
机器人操作系统 ROS 1. 何谓 ROS ROS 是一个机器人软件操作平台,前身由斯坦福大学 (Stanford Artificail Intelligence Laboratory 所研发。它提供一些标准操作系统服务,目前主要支持Ubuntu 操作系统。 ROS 可分为两层,低层是操作系统层,高层是实现不同功能的软件包。 2.ROS 的版本 ROS1.0版本叫做 Box Turtle,2010年 3月 2日发布; ROS 1.1-1.2 C Turtle, 2010年 8月 2日发布; ROS 1.3-1.4 Diamondback,2011年 3月 2日发布。 3.ROS 文件系统的概念和操作 (1ROS文件系统的概念 Packages: 它位于 ROS 软件的最底层,可以包含任意的东西 : libraries,tools,executables,etc. Manifest: 是 package 的描述。其最重要的角色是定义 packages 之间的依赖关系 (manifest.xml 。 Stacks: 它是 package 的集合,是一个更高层的 library 。 Stack Manifest: stack的描述(stack.xml 。 setup.sh 文件设置 ROS 工作区的环境变量。 source ~/setup.sh:将设置永久化。 此时键入 echo $ROS_PACKAGE_PATH 指令,会看到类似于 home/user/ros_workspace:/opt/ros/electric/stacks
的路径。 (2 ROS 文件系统的操作 a.rospack find [package name] 返回指定 package 的路径 (rospack 提供与 package 相关的信息。 b.rosstack find [stack name] 返回指定 stack 的路径; c.roscd 更改文件夹; d.rosls 允许根据名字而不是 package 路径直接列出 package 、 stack 等的内容。 e.TAB 键可以在前边有提示的情况下,代替后面的字符。 4. 在工作区中创建一个新的 package 的方法 $ cd ~/ros_workspace //挺像 dos 的 $ roscreate-pkg beginner_tutorials std_msgs rospy roscpp 5. 建立一个 ROS package rosdep = ros+dep(endencies : a tool to install package dependencies rosmake = ros+make : makes (compiles a ROS package ROS (机器人操作系统, Robot Operating System , 是专为机器人软件开发所设计出来的一套电脑操作系统架构。它是一个开源的元级操作系统(后操作系统 ,提供类似于操作系统的服务,包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间消息传递、程序发行包管理,它也提供一些工具和库用于获取、建立、编写和执行多机融合的程序。
人工智能及其应用 习题参考答案 第1章
第一章绪论 1 什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。 答：人工智能（学科）：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 人工智能（能力）：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 2 为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？ 答：物理符号系统假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述 6 种功能。反之，任何系统如果具有这６种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。 推论：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算 机来模拟人的活动。 因此，计算机可以模拟人类的智能活动过程。 ３．现在人工智能有哪些学派？它们的认知观是什么？ 答：符号主义，又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派。认为人工智能源于数理逻辑。连接主义，又称为仿生学派或生理学派。认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。
行为主义，又称为进化主义或控制论学派。认为人工智能源于控制论。 ４．你认为应从哪些层次对认知行为进行研究？ 答：应从下面４个层次对谁知行为进行研究： （１）认知生理学：研究认知行为的生理过程，主要研究人的神经系统（神经元、中枢神经系统和大脑）的活动。 （２）认知心理学：研究认知行为的心理活动，主要研究人的思维策略。 （３）认知信息学：研究人的认知行为在人体内的初级信息处理，主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理，由生理活动变为心理活动及其逆过程 （４）认知工程学：研究认知行为的信息加工处理，主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种认知行为（如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推理、识别等）进行信息处理。 ５．人工智能的主要研究和应用领域是什么？ 答：问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，机器视觉，智能控制，智能检索，智能调度与指挥，分布式人工智能与 Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现，人工生命。 6、人工智能的发展对人类有哪些方面的影响？试结合自己了解的情况何理解，从经济、社会何文化等方面加以说明？
机器人操作系统ROS Indigo 入门学习(17)——roswtf入门指南
roswtf的基本介绍 1.1检查你的安装 roswtf会尝试发现你的系统问题： $ roscd $ roswtf 你应该看到： Stack: ros ========================================================= ======================= Static checks summary: No errors or warnings ========================================================= ======================= Cannot communicate with master, ignoring graph checks 如果你你的安装正确英爱看到和上面类似的输出。这些输出告诉你："Stack: ros"：你的当前目录是什么决定着roswtf会做什么。这是告诉我们roswtf 从ros stack启动。 "Static checks summary"：这是所有文件系统问题的报告。它告诉我们这里没有错误。 "Cannot communicate with master, ignoring graph checks"：roscore内核没有运行，所以roswtf不做任何在线检查。 1.2尝试在线运行 这里我们先运行roscore，激活Master： 再运行相同的序列： $ roscd $ roswtf 你应该看到： Stack: ros ========================================================= ======================= Static checks summary:
移动机器人的自主导航
移动机器人的自主导航 一、研究的背景 二、移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功 能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、计算机技术、机械工程、电子工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、国防、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在排雷、搜捕、救援、辐射和空间领域等有害与危险场合都得到很好的应用。 因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 三、在自主式移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其研究核心，同时也 是移动机器人实现智能化及完全自主的关键技术。导航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。 导航主要解决以下三方面的问题:(l)通过移动机器人的传感器系统获取环境信息;(2)用一定的算法对所获信息进行处理并构建环境地图;(3)根据地图实现移动机器人的路径规划及运动控制。 四、相关技术 五、移动机器人定位是指确定机器人在工作环境中相对于全局坐标的位置，是 移动机器人导航的基本环节。定位方法根据机器人工作环境的复杂性、配备传感器种类和数量等方面的不同而采用多种方法。主要方法有惯性定位、标记定位、GPS定位、基于地图的定位等，它们都不同程度地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。 六、惯性定位是在移动机器人的车轮上装有光电编码器，通过对车轮转动的记 录来粗略地确定移动机器人位置。该方法虽然简单，但是由于车轮与地面存在打滑现象，生的累积误差随路径的增加而增大，导致定位误差的逐渐累积，从而引起更大的差。 七、标记定位法是在移动机器人工作的环境里人为地设置一些坐标已知的标记， 八、超声波发射器、激光反射板等，通过机器人的传感器系统对标记的探测来 确定机器人在全局地图中的位置坐标。三角测量法是标记定位中常用的方法，机器人在同一点探测到三个陆标，并通过三角几何运算，由此可确定机器人在工作环境中的坐标。标记定位是移动机器人定位中普遍采用的方法，其可获得较高的定位精度且计量小，但是在实际应用中需要对环境作一些改造，添加相应的标记，不太符合真正意义的自主导航。 九、GPS定位是利用环绕地球的24颗卫星，准确计算使用者所在位置的庞大卫 星网定位系统。GPS定位技术应用已经非常广泛，除了最初的军事领域外，在民用方面也得到了广泛的应用，但是因为在移动导航中，移动GPS接收机定位精度受到卫星信号状况和道路环境的影响，同时还受到时钟误差、传播误差、接收机噪声等诸多因素的影响，因此，单纯利用GPS定位精度比较低、可靠性不高，所以在机器人的导航应用中通常还辅以磁罗盘、光码盘与GPS数据进行