未知环境下机器人导航算法与避障算法研究

针对机器人在复杂动态工作环境下如何进行定位和导航的问题做了深入研究,全文阐述了机器人混合导航和地图重建的基本方法。首先,介绍了机器人机械结构与软件平台,并分析了经典双轮差动模型,并总结了机器人的应用范围;然后,通过对视觉数据的数据采集实现了对于环境特征的提取,建立了导航图像和导航机器人导航;最后,建立了基于超声波传感器的模糊避障系统,解决了由于障碍物定位不准确、检测盲区、镜子反射等缺陷导致避障不稳定的问题。经过实验证明,该机器人具有良好的避障性能和导航性能,实现了机器人视觉导航算法。     

图像处理技术在高压除冰机器人视觉系统中的应用

除冰机器人在高压输电线上高速行走并进行除冰作业,其视觉系统是除冰机器人感知外部环境的重要器官,同时依此感知的环境信息实现对机器人的导航。视觉信息是否正确、及时地处理直接关系到除冰机器人的行驶速度以及避障能力,对除冰机器人控制的实时性和鲁棒性具有决定性作用。视觉信息处理技术是除冰机器人研究中的关键技术。该文主要介绍的是从目标标志物的图像获取,再经过图像预处理、图像分割和图像特征的提取过程的数字图像处理技术在除冰机器人中的应用。     

一种视觉引导助老服务机器人的总体设计

为辅助老年人的日常生活,采用视觉导航方式,完成了基于ARM7和数字信号处理器（DSP）双处理器的嵌入式控制系统的硬件设计,开发了一种在室内一定的结构化环境中可实现“到达并抓取”功能的助老机器人-“服务1号”。该机器人结构新颖,采用轮式移动方式,具有两种构型相异的多自由度机械手臂,实现了在一定结构化环境中避障行走、双臂协调作业,完成了“到达并抓取”的任务。实验结果表明,该研究为进一步研究视觉伺服算法奠定了基础。     

基于机器视觉的果园林下割草机器人研究

高效智能地割除果园林下杂草是实现果园智能化管理的重要基础.针对当前果园林下割草机器人智能化水平低、成本高等问题,设计与实现了一种基于机器视觉的果园林下割草机器人.构建了四轮驱动机器人本体,设计了由升降系统和刀具组成的割草机械结构.并提出了以机器视觉为基础的割草机器人避障、自动返航等路径规划方法.最后,以平整草坪为实验场地与传统人工进行实验对比.结果表明,所设计的果园林下割草机器人可以显著提高割草效率与智能化水平,为果园的精准管理提供必要的技术支撑.     

基于机器视觉的果园林下割草机器人研究

高效智能地割除果园林下杂草是实现果园智能化管理的重要基础.针对当前果园林下割草机器人智能化水平低、成本高等问题,设计与实现了一种基于机器视觉的果园林下割草机器人.构建了四轮驱动机器人本体,设计了由升降系统和刀具组成的割草机械结构.并提出了以机器视觉为基础的割草机器人避障、自动返航等路径规划方法.最后,以平整草坪为实验场地与传统人工进行实验对比.结果表明,所设计的果园林下割草机器人可以显著提高割草效率与智能化水平,为果园的精准管理提供必要的技术支撑.     

自主视觉物料搬运机器人的机械传动系统设计

本设计以生产线车间为例,介绍了一种基于机器视觉技术的物料搬运机器人。该机器人以OpenMV为视觉载体,将Arduino MEGA2560作为主控制器,根据机器视觉算法可准确识别货物的形状、颜色及标识信息并结合地面标记线指引实现寻迹功能,同时集搬运、码垛、避障等功能于一体实现搬运过程可视化并且可在较短时间内完成货物的装卸流程。本文着重阐述了自主视觉物料机器人的传动系统结构设计部分,其中包括机械手结构设计、机器人运动方式设计、传动参数计算等重要内容。     

基于微小型移动机器人的微操作系统

提出一种新颖的基于宏/微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统.机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人.将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务.为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统.视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场.在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务.试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配.     

基于ROS平台机器人导航避障系统设计与开发

基于ROS工业机器人开源平台,应用C++语言进行了移动机器人导航避障系统的设计与开发。选用激光雷达作为位置传感器,融合视觉里程计、轮式里程计和IMU里程计三大里程计数据,采用传统定位与SLAM算法创建地图,应用AMCL算法准确确定移动机器人位置;对移动机器人使用A~*算法进行全局路径规划、DWA算法进行局部路径规划,并且使用模糊BUG2算法作为核心算法实现局部避障器融入ROS规划系统中,应用C++语言开发程序,在移动机器人Robotino在地图上的两个点进行导航和避障测试。结果表明,只要合理设置机器人和障碍物之间相对运动速度,机器人可以规划出一条躲避缓慢移动障碍物、全局较优路径。     

用于弱纹理场景三维重建的机器人视觉系统

为了实现机器人在弱纹理场景中的避障和自主导航,构建了由双目相机和激光投点器构成的主动式双目视觉系统。对立体视觉密集匹配问题进行了研究:采用激光投点器投射出唯一性和抗噪性较好的光斑图案,以增加场景的纹理信息;然后,基于积分灰度方差(IGSV)和积分梯度方差(IGV)提出了自适应窗口立体匹配算法。该算法首先计算左相机的积分图像,根据积分方差的大小确定匹配窗口内的图像纹理质量,然后对超过预设方差的阈值与右相机进行相关计算,最后通过遍历整幅图像得到密集的视差图。实验结果表明:该视觉系统能够准确地恢复出机器人周围致密的3D场景,3D重建精度达到0.16mm,满足机器人避障和自主导航所需的精度。与传统的算法相比,该匹配方法的图像方差计算量不会随着窗口尺寸的增大而增加,从而将密集匹配的运算时间缩短了至少93%。     

多传感器融合的机器人导航算法研究

机器人导航是室内机器人的关键技术之一,是机器人实现智能化首要解决的问题。针对传统室内家庭服务机器人导航方法存在传感器价格昂贵、动态环境适应能力不足等缺点,提出基于多传感器相结合的机器人导航算法。该算法利用RGB-D视觉传感器和超声波传感器分别获取数据,通过数据融合获得障碍物的三维信息,建立障碍物的三维模型,通过启发式最佳搜索算法对导航路径进行了优化,较好的实现了机器人导航路径的绘制,这为后期研究机器人的智能化打下了坚实的基础。     

基于ROS的自动分拣机器人系统设计

为了应对电子商务迅猛发展给仓储物流行业带来的新需求和挑战,设计了一款具有自主导航、自动避障以及自动分拣功能的自动分拣机器人。该机器人上位机基于ROS操作系统实现了机器人的多点自主导航、自动避障功能;下位机则基于STM32实现了底层电机、传感器驱动控制;并且,通过上位机与下位机之间的通信,实现了机器人自主导航以及自动抓取之间的协调工作。同时,针对DWA算法掉头、避障效果差的问题,结合算法原理以及麦克纳姆轮的运动特性,对DWA算法进行优化。经实验验证,当选取sim_period=2.5时,算法优化后,机器人掉头完成时(旋转180°)的Y轴偏移量比优化前缩小了51%,运行时间也比优化前缩短了30%,并且具有更好的避障效果。     

基于FPGA的移动机器人视觉系统

移动机器人导航技术是智能机器人研究领域的一个重要方向,也是智能机器人的一项关键技术.近几年来,随着图像处理技术及计算机处理能力的飞速发展,加之视觉信号具有信号探测范围宽、获取信息完整等优点.视觉导航成为移动机器人导航的主要发展方向之一.本文首先阐述机器人视觉导航系统的发展过程.在分析了移动机器人的基础上,提出了视觉导航系统的嵌入式实现方案,并设计了电路系统.     

一种悬浮扑翼机器人的视觉自主避障方法研究

提出了一种基于视觉感知的悬浮扑翼机器人自主避障方案,以满足室内障碍物环境中低速、安全和长航时飞行要求。 首先,借鉴鸟类视觉避障原理,提出了一种基于光流视觉检测的避障方法,用于识别动、静态障碍物;其次,设计了一种氦气球与 扑翼结合的飞行机器人,利用氦气浮力提供主要升力,扑翼运动提供推进力和次要升力,并设计了飞行控制方法以满足稳定飞 行及避障的要求;最后,制作了机器人样机,测试了其飞行性能和自主避障能力,并与其他障碍物检测算法进行了对比。 结果表 明,样机的直飞航向偏移为 5. 52°,转弯速度可达 23°/ s,并以 6. 1 ms 的单帧检测时间达到 77% 的避障成功率,证明其能够实现 低速悬浮飞行和自主避障,为其开展室内探测任务奠定了基础。     

AS-R移动机器人基于双目视觉的动态避障

针对移动机器人的动态避障问题,以AS-R移动机器人为平台,设计了一种基于双目视觉的动态避障方法。从双目视觉系统出发,介绍了AS-R机器人的视觉系统,研究了AS-R机器人的运动原理,探讨了图像信息处理的过程;最后设计了两种简单环境下机器人的动态避障,并验证了所提方法的有效性。     

基于移动物体抓取的四足机器人运动规划

基于机器视觉和运动规划原理,机器人可以在这种特定环境下不断移动物体并进行抓取动作,在存在动态障碍物环境下,设计了一种基于矢量的动态避障,可与运动物体跟踪系统相结合,实现四足机器人避障物抓取功能。     

移动机器人导航算法研究

利用非线性微分动力系统稳定性理论,用点吸引子构造移动机器人奔向目标行为和用点排斥子构造避障行为两种行为模式,将奔向目标行为和避障行为相结合,使机器人能够根据所处环境的变化,通过行为模式权值的调整实现行为间的竞争;分析了系统稳定的基本条件,建立了基于动态方法的智能机器人行为动态导航模型;运用立体双目视觉构建局部地图,通过计算机实例仿真,验证了该机器人导航模型的可行性。仿真结果表明:该模型可以满足较为复杂未知动态环境中的导航和目标跟踪要求。     

基于视觉伺服的巡检机器人返航路径确定方法

针对目前方法对机器人返航路径进行确定时,由于未能对巡检机器人的参数进行整定,导致该方法选定的路径存在迭代次数高、与实际轨迹误差大、避障效果差以及搜索路径长度短的问题,提出基于视觉伺服的巡检机器人返航路径确定方法。该方法首先利用视觉伺服控制方法对巡检机器人的速度进行控制,采集速度数据并规整成小组对其进行离散化处理;再依据处理结果构建非线性函数,对巡检机器人的机械参数进行参数整定处理;最后以整定后的参数为基础,对巡检机器人的全局路径和局部路径进行规划处理,从而实现巡检机器人返航的路径确定。实验结果表明,运用该方法选定的路径迭代次数少、与实际轨迹误差小、避障效果好以及搜索的路径长度短。     

虚拟环境下基于复合视觉的月球车导航技术

主要提出了一种在虚拟环境下基于复合视觉的月球车导航技术,将单、双目视觉二者结合应用,取长补短。其中单目视觉作为一种宏观路径规划完成对于形状规则的月坑的识别与定位;应用双目视觉作细观路径规划,在一定距离内完成对于特征复杂的石块的判断与定位。同时,提出了一种考虑月球车运动学动力学特性的路径规划,在能够达到避障要求的基础上缩短其行驶距离,并将其作为视觉导航模块融入月球车虚拟仿真系统中。     

校园导游服务移动机器人设计与研究

介绍了一种应用于校园内的导游机器人的设计与应用,给出了系统总体设计、硬件设计、软件设计等过程。该机器人采用上位机和下位机相结合的控制方式,同时通过GPS导航接收装置起导游功能,用户可通过语音、触摸屏幕、按键等方式方便地与机器人交互。实验结果表明,该系统能稳定可靠地实现在校园内的自主运动和避障。     

校园导游服务移动机器人设计与研究简

介绍了一种应用于校园内的导游机器人的设计与应用,给出了系统总体设计、硬件设计、软件设计等过程.该机器人采用上位机和下位机相结合的控制方式,同时通过GPS导航接收装置起导游功能,用户可通过语音、触摸屏幕、按键等方式方便地与机器人交互.实验结果表明,该系统能稳定可靠地实现在校园内的自主运动和避障.