非平坦地形下移动机器人航迹推测方法研究

精确可靠的航迹推测是实现移动机器人自主导航的一个极为关键的环节.针对一个3 摇杆6驱动轮的移动机器人实验平台,本文提出了其在非平坦地形下的航迹推测方法.通过运动机构的分析,获得了移动机器人自身的位姿及运动参数.基于非平坦地形下运动机构间的刚体约束,建立了机器人的运动学模型.采用编码器、光纤陀螺仪和倾角传感器等测量机器人的动态参数信息,依据其运动学模型实现非平坦地形下的航迹推测、仿真,并分析验证了航迹推测方法的有效性,从而提高了移动机器人自主导航的定位精度.     

非平坦地形下移动机器人航迹推测方法研究

精确可靠的航迹推测是实现移动机器人自主导航的一个极为关键的环节.针对一个3摇杆6驱动轮的移动机器人实验平台,本文提出了其在非平坦地形下的航迹推测方法.通过运动机构的分析,获得了移动机器人自身的位姿及运动参数.基于非平坦地形下运动机构间的刚体约束,建立了机器人的运动学模型.采用编码器、光纤陀螺仪和倾角传感器等测量机器人的动态参数信息,依据其运动学模型实现非平坦地形下的航迹推测、仿真,并分析验证了航迹推测方法的有效性,从而提高了移动机器人自主导航的定位精度.     

Novel method to calibrate kinematic parameters for mobile robots

In order to reduce the system errors of dead reckoning and improve the localization accuracy,a new model for systematic error of mobile robot was defined and a UMBmark-based method for calibrating and compensating systematic error was presented. Three dominant reasons causing systematic errors were considered: imprecise average wheel diameter,uncertainty about the effective wheelbase and unequal wheel’s diameter. The new model for systematic errors is considering the coupling effect of the three factors during the localization of mobile robot. Three coefficients to calibrate average wheel diameter,effective wheelbase,left and right wheels’ diameter were obtained. Then these three coefficients were used to make improvements on robot kinematic equations.The experiments on the dual-wheel drive mobile robot DaNI show that the presented method has achieveda significant improvement in the location accuracy compared with the UMBmark calibration.     

基于粒子群优化的移动机器人全局定位算法

为了提高图像特征匹配过程中地图库的搜索速度,提出了一种局部子地图库搜索方法。并针对机器人自定位过程中会产生多个候选位姿,提出了利用粒子群优化算法来优化候选位姿以得到定位精度较高的优化解的全局定位新方法。最后通过Pioneer 3DX在室内环境的全局定位实验分析了粒子群优化前后定位精度和定位时间的变化。实验结果表明,新算法以牺牲较少的计算时间获得了较高的定位精度。     

Dead-reckoning/vision integrated navigation for mobile robot

0　INTRODUCTIONInordertofulfilamission ,amobilerobothastohaveanavigationsystem .Severaldifferenttechniques ,suchasGPS ,anddead reckoningandbeaconbasedsys tem[1～ 3] canbeusedforrobotnavigation .Foraparticularkindofmission ,arobotwillfulfil ,aproperkindofnavi gationsystemwillbeusedfortherobot.Sincealmostallnavigationsystemshavetheiradvantagesanddrawbacks ,sometimesasinglenavigationsystemcannotsatisfyalltherequirementsforfulfillingaparticulartask[4 ] .Sotwoorthreenavigationsystemshavetobei…     

基于双目光束法平差的机器人定位与地形拼接

为了实现自主移动机器人完成复杂智能任务,如路径规划和避障等,针对移动机器人在复杂未知环境中精确定位并对周围环境进行致密地形构建问题,提出一种基于双目光束法平差的机器人定位与致密地形拼接算法.利用安装在移动机器人上的立体相机获取图像序列,跟踪前后帧图像序列中的对应特征点,基于双目光束法平差优化(BBA)精确估计机器人位置姿态.对左右相机采集图像对进行立体匹配获取致密三维地形信息,结合定位时获取的旋转平移姿态,实现了地形的构建与拼接.实验结果表明,该算法具有较好的实时性和鲁棒性.     

护士助手机器人在结构化环境中的导航系统研究

介绍了护士助手机器人在医院环境中进行护理任务时实现自主导航定位,找到目标房间的方法.本方法采用拓扑地图定义结构化环境,使用绝对和相对组合定位方案进行护士助手机器人的空间定位,其中绝对定位采用的是RFID路标定位法,而相对定位采用的是航位推算法.采用局部栅格地图进行局部路径规划,使护士助手机器人在局部区域找到最适合的运动路径.实验表明采用这些方法护士助手机器人可以在一定程度上实现避障及找到并进入目标房间.     

光电导航移动机器人转向机构的设计研究

在光电导航移动机器人的设计中,转向机构存在着死点位置,死点位置的出现将导致移动机器人不能实现自动导航,如何让转向机构不出现死点,当转向机构不可避免地存在死点时,又如何让转向机构顺利通过死点位置,是移动机器人转向机构设计时必须解决的关键问题.论文对转向机构存在的死点问题进行了分析研究;确立了死点位置的具体坐标;提出了解决死点位置的方法,采用限位块成功地解决了转向机构的死点问题.     

复杂环境智能手机RTK/DR车载组合定位方法

针对在手机车载定位场景下,手机RTK易受复杂环境干扰、惯导数据更新航向角易发散等问题,本文提出一种结合OSM地图数据的RTK/DR松组合定位方法.航位推算过程中,基于OSM数据,结合组合定位结果、车辆运动状态等信息,设计了点到线的几何匹配方法,使用匹配到的道路方向修正航向角.松组合阶段,使用标准Kalman滤波对位置和速度进行估计.为了减小RTK大幅漂移或跳动对松组合结果的影响,本文设置了松组合开关,结合RTK抗差Kalman解算中的协方差阵、车辆运动方向、RTK定位航向角变化量综合判断是否进行量测更新.本文采用P30、P40智能手机共进行6组实验,结果表明：OSM数据的引入能够有效控制航向角误差累积,使纯航位推算的轨迹与基准更加一致;相比于手机RTK,增加了开关的RTK/DR松组合定位性能得到提升,有效抑制了大幅跳动的误差点.     

多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.     

一种室内高动态环境的机器人定位方法

该文提出一种能让机器人在室内动态环境中进行长时间稳定定位的方法.该方法既能实现对高动态物体的过滤又能实现半静态物体的更新,在去除动态物体对定位性能影响的同时还能利用半静态物体中提供的定位信息提高定位性能.把动态物体的处理分为高动态物体的滤除和半静态物体的更新两部分.对于高动态物体滤除,考虑到定位系统的特性,提出延迟对比...     

基于主动探测的移动机器人声源目标距离测定方法

针对移动机器人声源定位技术的研究大都只实现了对声源的定向,而无法获得准确的声源距离信息的问题,提出了通过移动机器人主动运动实现声源目标距离测定的方法,以及一种基于粒子群优化算法的最优探测点计算方法.通过仿真验证了该方法的可行性和有效性,并且在室内环境下进行测试.试验结果表明:移动机器人可以通过主动运动到达最优探测点,并且实现对声源目标距离的测定.     

Fault detection and identification for dead reckoning system of mobile robot based on fuzzy logic particle filter

To deal with fault detection and diagnosis with incomplete model for dead reckoning system of mobile robot, an integrative framework of particle filter detection and fuzzy logic diagnosis was devised. Firstly, an adaptive fault space is designed for recognizing both known faults and unknown faults, in corresponding modes of modeled and model-free. Secondly, the particle filter is utilized to diagnose the modeled faults and detect model-free fault according to the low particle weight and reliability. Especially, the proposed fuzzy logic diagnosis can further analyze model-free modes and identify some soft faults in unknown fault space. The MORCS-1 experimental results show that the fuzzy diagnosis particle filter (FDPF) combinational framework improves fault detection and identification completeness. Specifically speaking, FDPF is feasible to diagnose the modeled faults in known space. Furthermore, the types of model-free soft faults can also be further identified and diagnosed in unknown fault space.     

Parameter Identification and Application of Slippage Kinematics for Tracked Mobile Robots

A new parameter identification method is proposed to solve the slippage problem when tracked mobile robots execute turning motions. Such motion is divided into two states in this paper:pivot turning and coupled turning between angular velocity and linear velocity. In the processing of pivot turning, the slippage parameters could be obtained by measuring the end point in a square path. In the process of coupled turning, the slippage parameters could be calculated by measuring the perimeter of a circular path and the linear distance between the start and end points. The identification results showed that slippage parameters were affected by velocity. Therefore, a fuzzy rule base was established with the basis on the identification data, and a fuzzy controller was applied to motion control and dead reckoning. This method effectively compensated for errors resulting in unequal tension between the left and right tracks, structural dimensions and slippage. The results demonstrated that the accuracy of robot positioning and control could be substantially improved on a rigid floor.     

9-DOF超冗余机器人轨迹规划优化算法

以太空舱内机器人系统9-自由度（DOF）超冗余模块机器人为研究对象,以避关节极限作为优化指标,考虑容错性能,利用微分运动的方法,分别提出了适于计算机迭代计算的冗余机器人在笛卡儿空间进行手爪姿态可变时的直线轨迹优化算法和手爪经过空间中任意不共线3点决定的平面内的圆弧轨迹优化算法。在优化算法的验证实验中,实现了利用冗余机器人完成直线轨迹拉抽屉、抓棒料和圆弧轨迹开厨门等动作。     

Scan matching using line segment relationships for map-based localization of mobile robot

A new scan matching method for mobile robot localization is presented, which takes line segment as the feature and matches the real scans in the given reference map by relationships of the directional-defined line segments. The alignment was done by hierarchically identifying the multiple relationships and the result was recorded in a correspondence matrix, where the best match is defined and selected for localization. It is indicated that the searching algorithm of the best match can find the ambiguities and get rid of them. This method with less computational cost works well in occluded environment, and can correct the error in pose estimation without the need for the estimation itself. The efficiency, accuracy and robustness of this method were verified by experiments of localization in an occluded environment and a long-distance indoor navigation.     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。     

蛇形机器人的耦合驱动模块化单元设计

介绍了新型蛇形机器人关节单元，该单元是模块化万向单元(MUU)，由该单元可以组装成一个三维蛇形肌器人．每个MUU具有三个自由度．并用差动机构实现耦台驱动该MUU的优点是能够通过耦合机械产生较大的力矩，有利于蛇形机器人的越障和运动，有更大的灵活性、适应性，并可完成非自然蛇的运动方式．特别是回转自由度可使蛇形机器人根据不同的运动环境来更换皮肤从而达到更高的运动效率．此自由度可以在蛇形机器人攀爬过程中起驱动作用该单元连接简单易于实现可重构。     

一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法

在单机器人SLAM过程中,定位误差和建图误差随机器人运动距离增大而增大。为了有效降低SLAM误差,本文提出了一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法。基于Rao-Blackwellized粒子滤波思想,机器人定位和建图问题被分解为两个独立环节,首先,联合机器人控制量和智能空间摄像机网络的观测值估计机器人位姿,给出了位姿粒子的采样提议分布和权值更新公式;然后,机器人利用自身位姿及对目标的观测来构建环境地图。仿真实验表明本方法有效提高了机器人的定位精度,进而得到了更加精确的环境地图。     

基于逆投影差分的移动机器人障碍物快速检测

移动机器人的障碍物快速检测是其导航、避障、轨迹跟踪的关键技术。目前多数传感器存在距离盲区以及异常尺度等问题,且现有算法大多计算复杂,难以满足实时性需求。为了改善这些问题,本文提出了一种基于环视逆投影差分的移动机器人障碍物快速检测与定位新方法。该方法以水平地面为参考平面,对移动机器人上环视系统中相邻视角相机拍摄的图像进行逆投影变换,再经图像差分得到逆投影差分图,图中像素值为零的点位于参考平面,反之则位于参考平面之外,经过阈值化、滤波后即可用来区分参考平面与非参考平面目标,实现其视场公共区域内障碍物的快速检测;同时以逆投影差分图为基础,通过像素坐标系到机器人自身坐标系的转换可获得目标相对于移动机器人精准的位置信息。在实际场景中对5 m范围内不同类型、大小、距离的障碍物进行测试,平均检测精度为97.3%,平均检测耗时为46 ms/帧,平均定位误差为1.1%。实验结果表明,本文方法能快速有效地检测和定位移动机器人附近的动、静态障碍物。