浅谈全向轮机器人三位一体定位方法
全方位双三足步行机器人步行原理、机构及控制系统
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机构设计
机构设计
全方位双三足步行机器人的机构设计包括腿部机构、机械结构和驱动方式。 腿部机构是机器人的核心部分，每个腿部机构都包括一个驱动器、一个连接器和 一个脚掌。驱动器用于产生力量，使腿部机构可以完成支撑、抬起和迈步三个动 作。连接器用于连接腿部机构和机器人的主体结构，同时传递驱动力。脚掌底部 装有传感器，可以感知地面状况，为机器人提供更多的触觉信息。
全方位双三足步行机器人步行 原理、机构及控制系统
01 引言
03 机构设计
目录
02 原理分析 04 控制系统
05 实验结果
07 参考内容
目录
06 结论与展望
引言
引言
全方位双三足步行机器人是一种具有高度自主性和灵活性的步行机器人，具 有在复杂环境中稳健行走的能力。这种机器人的研究背景在于，传统轮式或履带 式机器人对于某些特殊环境，如狭小空间、山地、沙地等具有较大的局限性。全 方位双三足步行机器人由于其独特的步行原理和机构设计，能够更好地适应这些 环境。本次演示将详细介绍全方位双三足步行机器人的步行原理、机构及控制系 统。
双足步行机器人的结构
双足步行机器人的结构
双足步行机器人通常由头部、躯干、双臂和双腿等部分组成。其中，双腿是 机器人的核心部分，包括大腿、小腿、脚踝和脚部。为了实现稳定的行走，双足 步行机器人需要具备以下功能：
双足步行机器人的结构
1、支撑身体重量：双足步行机器人需要具备支撑自身重量和负载的能力，以 确保行走稳定。
文献综述
在步态规划方面，研究者们则主要研究如何合理分配各足的运动轨迹和时间， 以提高机器人的行走效率。常见的步态规划方法包括基于规则的方法、基于优化 算法的方法以及基于机器学习的方法等。
社会环境的轮式移动机器人定位导航方法
基于机器学习的导航技术还能够预测其他物 体的行为和意图，从而调整机器人的运动， 以避免潜在的冲突。
04
社会环境下的轮式移动机 器人定位导航挑战
复杂环境下的定位挑战
1 2 3
传感器限制
在复杂环境下，轮式移动机器人的传感器可能 受到限制，导致无法准确获取环境信息，从而 影响定位精度。
信号干扰
社会环境的轮式移动机器人 定位导航方法
2023-11-07
目录
• 引言 • 轮式移动机器人定位技术 • 轮式移动机器人导航技术 • 社会环境下的轮式移动机器人定位导航挑战 • 未来展望与研究方向 • 结论
01
引言
研究背景与意义
背景
随着机器人技术的不断发展，轮式移动机器人在社会环境中 的应用越来越广泛，如服务机器人、巡检机器人、运输机器 人等。然而，在复杂的社会环境中，机器人的定位和导航仍 然是一个挑战。
动态障碍物预测
对于动态障碍物，机器人需要具备预测其运动轨迹的能力，以便及时调整路径以避免碰撞，这对机器人的感知和决策能力 提出了更高的要求。
实时路径规划
在动态环境下，机器人需要实时更新路径规划以适应环境变化和满足实时性要求，这需要高效的路径规划算法和强大的计 算能力。
未知环境下的学习挑战
环境建模
在未知环境下，机器人需要通过学习来建立环境模型， 以便进行路径规划和定位导航。然而，对于大型和复杂 的环境，建模的难度和计算量会显著增加。
意义
社会环境的轮式移动机器人定位导航方法的研究具有重要的 实际意义和应用价值。它可以帮助机器人更准确、高效地完 成任务，提高服务质量，降低人力成本，为人们的生产和生 活带来更多的便利和效益。
研究现状与发展
现状
机器人导航方法知识点
机器人导航方法知识点机器人导航是指通过使用各种传感器和算法，使机器人能够在未知环境中移动和定位。
机器人导航是机器人技术中的重要组成部分，它涉及到定位、路径规划、障碍物回避等多个关键问题。
本文将介绍机器人导航的常用方法和相关知识点。
一、定位技术在机器人导航中，定位是指确定机器人在环境中的位置。
常用的定位技术有以下几种：1. 全局定位：全局定位是指通过使用GPS或其他全球定位系统来确定机器人的地理位置。
全局定位适用于室外环境，能够提供较高的位置精度。
2. 局部定位：局部定位是指通过使用传感器（如激光雷达、摄像头等）在受限环境中确定机器人的位置。
局部定位适用于室内环境，需要结合地图等信息来实现较高的定位精度。
3. 里程计定位：里程计定位是指通过测量机器人车轮转动的距离和方向来估计机器人的位姿。
里程计定位适用于平滑地面上的移动机器人，但容易受到误差累积的影响。
二、路径规划算法路径规划是指确定机器人从起点到目标点的最佳路径。
在机器人导航中，常用的路径规划算法有以下几种：1. Dijkstra算法：Dijkstra算法是一种经典的最短路径算法，通过计算起点到其他所有点的最短路径，确定机器人的最佳路径。
但该算法不适用于具有复杂地图和障碍物的环境。
2. A*算法：A*算法是一种启发式搜索算法，通过评估路径的代价和启发函数来选择最佳路径。
A*算法相对于Dijkstra算法来说更适用于复杂环境，并且具有较高的计算效率。
3. RRT算法：RRT算法是一种基于随机采样的路径规划算法，通过随机生成和扩展树状结构来寻找最佳路径。
RRT算法适用于高维度和复杂环境中的路径规划问题。
三、障碍物回避技术障碍物回避是指机器人在导航过程中避免碰撞障碍物。
常用的障碍物回避技术有以下几种：1. 基于传感器的障碍物检测：利用激光雷达、超声波传感器等感知环境并检测障碍物的位置和距离，然后通过路径规划算法避开障碍物。
2. 模型预测控制：模型预测控制是一种基于模型的控制方法，通过建立机器人和环境的动力学模型来预测机器人未来的位置和姿态，从而避免与障碍物发生碰撞。
浅谈全向轮机器人三位一体定位方法
浅谈全向轮机器人三位一体定位方法作者：唐松来源：《中国高新技术企业》2014年第11期摘要：在亚太机器人国内选拔赛中，各大高校制作的机器人都是全向轮机器人，基于全向轮定位使用最多的是码盘定位。
但码盘行走存在误差，适合于短距离的移动。
对于长距离的行走，误差比较大。
因此，文章提供一种新式的定位方法，即码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位方法。
码盘计算机器人行走距离，陀螺仪给出机器人当前姿态角，激光雷达用于辅助定位。
关键词：全向轮；码盘；陀螺仪；激光雷达中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0078-02在各大比赛中，轮式机器人车轮一般都选用全向轮。
基于全向轮的底盘定位大多是码盘定位。
机器人在行走的过程中有平动，也有转动，仅靠码盘来定位存在很大的误差，定位和姿态角计算也比较困难。
因此，本文提供一种新式的定位方法。
1 码盘-编码器码盘其实是一种全向轮，可以实现任意方向上的行走。
编码器主要用于测量机器人走过的路程和当前的速度。
综合考虑，我们选增量式编码器。
增量式编码器每转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由光栅的分辨率和倍频决定，可以实现多圈无限累加计数。
2 陀螺仪用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置称为陀螺仪。
主要用于检测角位移和角速度，具有很高的灵敏度。
陀螺仪存在误差，所以使用前需要校正。
陀螺仪的线性误差可以通过实验测量测出。
即把陀螺仪放在旋转平台上一定角度，观测其返回的值，判断是否有误差。
若有误差，则可以多次测量进行线性补偿。
3 激光雷达激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
工作原理：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，目标进行探测、识别。
利用激光雷达的这个原理，可以用它发出激光束扫射场地上固定位置的物体，通过返回来的激光束来测量机器人到固定位置物体距离，从而得出机器人在场地上的坐标。
工业机器人三点法原理
工业机器人三点法原理
工业机器人三点法原理是指在机器人操作中，通过确认三个特定点的位置来确定机器人的运动轨迹和工作空间。
这三个点通常被称为“基准点”、“终点”和“中间点”。
基准点是机器人运动的起点，它确定了机器人的位置和方向。
终点是机器人运动的终点，它定义了机器人完成任务后的位置和方向。
中间点则是机器人运动过程中需要经过的一个点，它可以用来调整机器人的路径和姿态，以确保机器人能够平稳地完成任务。
利用三点法原理，机器人可以通过测量基准点、终点和中间点的位置来确定它们之间的几何关系。
根据这些关系，机器人可以计算出自身需要的运动轨迹和姿态，以完成任务。
三点法原理在工业机器人的应用中非常重要。
它可以帮助机器人实现高精度的运动和定位，并减少机器人在操作过程中的误差。
同时，三点法原理也可以提高机器人的效率和生产率，从而降低生产成本，提高企业的竞争力。
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机器人的自主导航与定位
机器人的自主导航与定位随着科技的不断发展，机器人在日常生活中的应用越来越广泛。
无论是在工业生产中的自动化操作还是在家庭领域的智能服务，机器人都起到了重要的作用。
而要使机器人能够在复杂的环境中自主导航与定位，则需要先进的技术支持。
是指机器人在没有人为干预的情况下，能够自主地在未知环境中移动并确定自己的位置。
这需要机器人通过各种传感器获取环境信息，并利用内置的算法对这些信息进行处理，以确定最佳的路径和自身的位置。
那么究竟依赖哪些技术呢？首先，机器人的自主导航和定位离不开感知技术。
机器人需要通过多种传感器来感知周围的环境，比如摄像头、激光雷达、超声波传感器等。
通过这些传感器，机器人可以获取物体的位置、形状、颜色等信息，并将其转化为数字信号进行处理。
这样，机器人就能够感知到自己周围的环境，为后续的导航与定位提供基础。
其次，还需要依靠地图构建技术。
在机器人开始移动之前，需要先构建一个地图以便于机器人了解环境的结构和布局。
地图构建可以通过多种方法实现，包括激光测距、视觉SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）等。
在这个过程中，机器人通过传感器获取到的数据进行处理，并将其与机器人自身的位置信息结合起来，最终生成一个能够正确表示环境的地图。
通过地图，机器人可以知道自己在哪里，可以规划路径以及进行避障。
接着，还需要路径规划算法的支持。
一旦机器人确定了目标位置和当前所在位置，就需要根据地图信息进行路径规划，以确定最佳的移动路径。
路径规划算法可以分为全局路径规划和局部路径规划两种。
全局路径规划是在整个环境中搜索可行路径的过程，常见的算法有A*算法、Dijkstra算法等。
而局部路径规划是在机器人当前位置附近进行搜索一条可行路径的过程，常见的算法有DWA（Dynamic Window Approach）算法、RRT（Rapidly-Exploring Random Trees）算法等。
机器人的自主导航和定位技术
机器人的自主导航和定位技术随着科技的快速发展，机器人已经成为了现代社会中不可或缺的重要组成部分之一。
在人们的日常生活中，我们已经接受和接触到了越来越多种类的机器人。
它们不仅能够助人劳动，还可以代替人类去完成一些危险、繁琐或重复性的工作。
机器人的自主导航和定位技术在其中扮演着至关重要的角色。
在过去的几年里，机器人的自主导航和定位技术已经取得了长足的进步，使得机器人可以在更为复杂的环境中进行自主导航和定位，以完成其任务。
那么如何实现机器人的自主导航和定位技术呢？本文将从三个方面进行探讨。
一、机器人的感知和环境建模机器人在进行自主导航和定位时需要不断获取周围环境信息，根据这些信息对周围环境进行建模和理解。
机器人常用的感知设备主要包括激光雷达、视觉传感器和惯性导航系统。
激光雷达是机器人感知环境的重要设备之一。
它通过发射激光束并读取激光返回的信息，来获取周围距离和角度信息，从而构建周围环境的二维或三维地图。
视觉传感器也是机器人感知环境的重要手段。
它能够记录周围环境的图像和视频信息，并通过图像识别和分析技术对周围环境进行建模和理解。
惯性导航系统则可以记录机器人的姿态、运动和速度等信息，通过算法对机器人所在的位置进行预估，辅助机器人进行自主导航和定位。
二、机器人的路径规划和控制机器人需要根据自身位置和环境建模信息，设计合理的路径规划方案来实现自主导航和定位。
一般来说，机器人的路径规划分为全局路径规划和局部路径规划两种类型。
全局路径规划是指机器人通过对环境进行建模和规划，设计出一条从起点到终点的全局路径。
常用的算法有Dijkstra算法、A*算法和D*算法等。
局部路径规划则是相对于全局路径规划来说更为复杂一些。
它是针对机器人在行进过程中需要随时根据环境变化进行调整的情况，通过对机器人周围环境的实时感知和分析，从已有的全局路径中设计出符合当前环境下实际移动情况的具体局部路径。
完成路径规划后，机器人需要调用运动控制模块，执行具体的运动命令。
机器人三条腿原理
机器人三条腿原理
机器人三条腿原理是一种机器人运动方式，其灵感来源于昆虫的移动方式，即使用三条腿行走。
机器人三条腿原理的核心思想是通过三个支点稳定机器人的身体，并控制这三个支点的移动来实现机器人的行走。
机器人三条腿原理的优点之一是其灵活性。
由于机器人只需要三个支点来稳定其身体，因此机器人可以在不同的地形和环境中行走，包括不平坦的地面和狭窄的空间。
此外，机器人三条腿原理还可以通过控制支点的移动来改变机器人的方向和速度，从而适应不同的任务需求。
机器人三条腿原理的缺点之一是其复杂性。
与传统的轮式机器人相比，机器人三条腿原理需要更复杂的控制系统来控制支点的移动和机器人的行走。
此外，机器人三条腿原理也需要更多的能量来维持机器人的稳定性。
尽管如此，机器人三条腿原理仍然是一种值得研究和应用的机器人运动方式。
其灵活性和适应性使其在特定的任务场景中具有优势，如探索险恶的环境或执行救援任务等。
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浅谈全向轮机器人三位一体定位方法
摘要：在亚太机器人国内选拔赛中，各大高校制作的机器人都是全向轮机器人，基于全向轮定位使用最多的是码盘定位。
但码盘行走存在误差，适合于短距离的移动。
对于长距离的行走，误差比较大。
因此，文章提供一种新式的定位方法，即码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位方法。
码盘计算机器人行走距离，陀螺仪给出机器人当前姿态角，激光雷达用于辅助定位。
关键词：全向轮；码盘；陀螺仪；激光雷达
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0078-02
在各大比赛中，轮式机器人车轮一般都选用全向轮。
基于全向轮的底盘定位大多是码盘定位。
机器人在行走的过程中有平动，也有转动，仅靠码盘来定位存在很大的误差，定位和姿态角计算也比较困难。
因此，本文提供一种新式的定位方法。
1 码盘-编码器
码盘其实是一种全向轮，可以实现任意方向上的行走。
编码器主要用于测量机器人走过的路程和当前的速度。
综合考虑，我们选增量式编码器。
增量式编码器每转一圈会输出
固定的脉冲，脉冲数由光栅的分辨率和倍频决定，可以实现多圈无限累加计数。
2 陀螺仪
用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交
于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置称为陀螺仪。
主要用于检测角位移和角速度，具有很高的灵敏度。
陀螺仪存在误差，所以使用前需要校正。
陀螺仪的线性误差可以通过实验测量测出。
即把陀螺仪放在旋转平台上一定角度，观测其返回的值，判断是否有误差。
若有误差，则可以多次测量进行线性补偿。
3 激光雷达
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
工作原理：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，目标进行探测、识别。
利用激光雷达的这个原理，可以用它发出激光束扫射场地上固定位置的物体，通过返回来的激光束来测量机器人到固定位置物体距离，从而得出机器人在场地上的坐标。
4 定位算法
本定位方案采用双码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位
方式。
两个码盘安装在相互垂直的两个方向上，用于测量机器人沿这两个方向的位移。
陀螺仪用于测量机器人行走时的角位移。
由于码盘长距离行走存在较大的误差，当机器人到达预定位置附近（主要是码盘定位不准）时，激光雷达用于辅助定位。
在程序中设定采样周期是5ms，每5ms读取一次码盘和陀螺仪数据。
因为5ms内机器位移和角度变化量很小，可以近似用直线来处理。
如图1所示，两个码盘相互垂直放置，设码盘1的线速度为V1，码盘中心与自身坐标系X轴的方向夹角为α；设码盘2的线速度为V2，与码盘1的夹角为β；自转的角速度为w；θ为自身坐标系和世界坐标系的夹角，θ=机器人初始角+陀螺仪测得转过角度。
L1、L2分别为码盘1、2到自身坐标系中心的距离。
则（V1，V2，w）T与（VX，VY，ω）T关系见式（1）。
（1）
（2）
以机器人初始点中心0为参考点建立世界坐标系X0Y，取广义坐标为q=（）T，其中（x，y）是机器人中心O在世界坐标系中的坐标。
则世界坐标系和机器人自身坐标系之间关系见式（2）。
由（1）、（2）
式得：
（3）
每5ms读取一次码盘脉冲数和陀螺仪数据，得出码盘速度V1、V2和机器人角速度ω，得出机器人在世界坐标系下的速度（），得出机器人在世界坐标系下的位移增量。
把每次采样的位移增量加起来就可以得出机器人的世界坐标。
由于码盘定位不是特别准确，因此在机器人到达码盘行走预定位置时，激光雷达通过扫描场地周围物体来获知机器人的具体位置，反馈给控制器，控制器调整机器人坐标，使机器人移动到达正确位置。
5 结语
目前使用单码盘定位精度比较低，而且行走比较难控制，难以完成复杂路线的行走。
码盘-陀螺仪-激光雷达定位方式可以到达较高的精度，而且能够实现复杂路线的行走。
同时在实践中我们也发现，陀螺仪存在漂移，使得定位有时不是很准。
因此在使用陀螺仪时应该特别注意这点。
参考文献
[1] 宋永瑞.移动机器人及其自主化技术[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2] 曹其新，张蕾.轮式自主移动机器人[M].上海：上海交通大学出版社，2012.
[3] 程宝山.万向轮定位技术[J].机器人应用与技术，2009.
[4] 王立权.机器人创新设计与制作[M].北京：清华大学
出版社，2006.
作者简介：唐松（1992―），男，江西宜春人，武汉大学学生，研究方向：机械设计制造及其自动化。