智能机器人自主导航.ppt

智能机器人自主导航
张艳梅
2009204075
一、现代机器人与智能机器人
现代机器人的研究始于20世纪中期,其技术背景是计算机和自动化的发展,以及原子能的开发利用。
美国原子能委员会的阿尔贡研究所于1947年开发了遥控机械手,1948年又开发了机械式的主从机械手。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利作为机器人产品最早的实用机型,是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人的控制方式与数控机床大致相似,但外形特征迥异,主要由类似人的手和臂组成。
1965年,MIT的Roborts演示了第一个具有视觉传感器、能识别与定位简单积木的机器人系统。1973年,辛辛那提·米拉克隆公司的理查德·豪恩制造了第一台由小型计算机控制的工业机器人,它是液压驱动的,能提升的有效负载达45公斤。到了1980年,工业机器人才真正在日本普及,故称该年为“机器人元年”。随后,工业机器人在日本得到了巨大发展,日本也因此而赢得了“机器人王国的美称”。
随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展,使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高,移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展,推动了机器人概念的延伸。80年代,将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人,这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研究和应用,而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间,水下机器人、空间机器人、空中机器人、地面机器人、微小型机器人等各种用途的机器人相继问世,许多梦想成为了现实。将机器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”、“网络机器人”的名称,这也说明了机器人所具有的创新活力。
二、智能移动机器人导航方式
移动机器人的导航方式很多,有惯性导航、磁导航、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,包括室内和室外环境,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。2)磁导航 磁导航是目前自动导引车( automated guided vehicle,AGV)的主要导航方式[ 5 ]。AGV是移动机器人中的一种,同时,AGV也是自动化物流运输系统柔性生产组织系统的核心关键设备。这种导航方式要在AGV运行路径上,开出深度为10mm左右,宽5mm左右的沟槽,在其中埋入导线。在导线上通以5~30 kHz的交变电流,在导线周围产生磁场。AGV上左右对称安装了2只磁传感器用于检测磁场强度,引导车辆沿所埋设的路径行驶。AGV缺乏柔性,在原有路径上放置一个障碍物,该AGV就无法完成简单的避障动作。
3)视觉导航: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)进行机器人定位和规划下一步的动作。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。4)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。5)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4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 结束语1)在未知或部分未知环境中,应深入开展基于自然路标导航与定位技术的研究;视觉导航中路标的识别和图像处理的新型快速算法的研究;2)应用机器学习方法,特别是增强学习和进化学习方法实现未知环境中移动机器人导航控制器的设计与优化;3)开展导航系统的分布式智能结构的研究:分布式智能结构把决策级的操作分解到移动机器人本身的计算机和远端的主计算机,这样,不仅提高了系统的实时性和鲁棒