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。     

RTK与Lidar组合优化机器人导航控制

针对传统移动机器人导航控制时的灵活性较差,且易受到距离和空间限制的问题,提出了基于RTK系统和激光雷达(Lidar)探测数据相组合的机器人导航控制方法,由RTK系统获得大范围场景的精确定位数据以构建全局地图并通过线性自抗扰控制器进行全局导航,通过激光雷达探测场景内局部小范围的障碍物数据并构建局部地图,并采用聚类分段拟合等算法精确描述障碍物的边缘信息,由改进的人工势场法实现机械人的自动避障.实测数据实验结果表明,所提方法达到厘米级的避障效果.     

基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法

针对电网巡检机器人存在避障能力低下和路径规划不合理的问题,研究基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法.利用时间栅格法标识工作空间内障碍物,构建机器人电网巡检环境信息,通过最优搜索避障路径算法,全局规划机器人到达目标点的路径,结合改进势场法,通过调整斥力和引力势函数,计算合力实现机器人的局部避障及避障路径规划,形成全局和局部相结合的避障方法.试验结果表明,躲避静态障碍物和动态障碍物的平均躲避成功率分别为 ９８．３７％ 和 ９６． １２％ ,避障路径规划平均耗时为 １.５６ s ,具备快速、高效、精准的避障及路径规划能力,可提升机器人的动静态障碍物避障能力和路径规划效率.     

基于ROS的四足运动机器人田垄遍历的路径规划

自动行走是当下农业机器研究的一个热点。针对四足运动机器人,研究适用于田垄中行走的路径规划方法。使用开源的机器人操作系统ROS Kinetic作为机器人的控制系统,通过姿态传感器、UWB和Trilateration算法融合的虚拟里程计、激光雷达对田地进行2D栅格地图的构建。采用分块算法对栅格地图进行目标点的识别,全局路径规划采用全局代价地图估计代价和A*算法,局部路径规划采用Dynamic Window Approaches算法。结果表明,机器人能实现满足遍历田垄的定位精度要求,并可以在复杂的环境下对随机的障碍物进行避障。     

未知环境中移动机器人基于行为的自主导航与环境构建

将模糊控制应用于基于行为的移动机器人控制结构中，使机器人具备了避障、避险和障碍物识别等基本的自主导航能力。针对未知环境中移动机器人的地图构建问题，提出了基于虚拟势场的全局搜索方法，采用基于栅格的地图表示方法，利用声纳传感器收集信息，实现对障碍物的识别和定位。通过试验验证了该方法的可行性。     

光伏电池板清洗机器人定位与导航系统的开发与设计

针对目前光伏电池板清洗机器人在未知环境中感知能力差,缺乏自主规划路径和躲避障碍物能力差三方面,使用ROS机器人操作系统结合激光雷达传感器以及SLAM同步定位与建图技术来解决上述问题。采用A*和D*算法实现对机器人路径规划,以实现实时避障等功能,并通过自主开发的光伏电池板清洗机器人进行验证。结果表明：在现实环境中机器人利用激光雷达可对未知环境地图进行构建,并且机器人可按照制定路线进行移动,同时也可躲避出现在其路径之上的障碍物,验证了光伏电池板清洗机器人开发的可能性。     

移动机器人运动过程中的障碍物识别避让

移动过程中障碍物识别是机器人导航和路径规划的重要基础,也是提升机器人智能化水平的重要体现。现以自行开发的四轮固定式移动机器人作为开发平台,基于图像不变矩和RBF神经网络实现智能移动机器人运动中的障碍物识别避让,并在对障碍物识别之前对其图像进行预处理。设计主旨在于对智能机器人在行进过程中通过摄像设备采集的图像进行预处理,采集障碍物物体边缘,并用神经网络对物体进行识别。对于特殊障碍物使用基于颜色的识别方式,以提高实时性,为机器人的避障以及地图构建等工作打好基础,为场馆移动导览机器人研发提供帮助和支持。     

基于图像处理的室内巡检机器人坐标提取方法研究

为获取室内安全走道中的障碍物信息，以引导巡检机器人进行自主作业，提出一种基于分布式远程通信与二维坐标提取的地图更新方法。控制ROS(Robot Operating System)机器人基于Gmapping算法创建全局先验地图，用于巡检机器人的轨迹规划；若检测到新增障碍物，通过图像处理方法获取障碍物位置坐标，并将其作为标记点，引导机器人进行局部建图，从而实现对原始地图的更新。试验结果表明，该方法具有一定的可行性。     

服务机器人导航与路径规划技术研究

针对在未知的室内环境,其不可预知性或不确定性给家用服务机器人实时环境感知和定位带来了巨大的问题,直接影响到机器人导航的效果。移动机器人不仅要完成避开附近的移动障碍物,而且要进行局部规划或局部路径修正。将自主移动机器人其功能研发分为如下:理解自己的状态和外部环境信息,从而实现实时运动控制决策,避障,找到最优路径;在栅格地图表征环境,采用Wavefront方法进行路径规划自主移动和轨迹跟踪。对服务机器人导航与路径规划技术研究对于提高智能服务机器人的技术水平,促进智能机器人产业的发展是非常重要的。     

基于改进人工势场法的电力巡检机器人自动避障轨迹规划

为了使巡检机器人在电力系统中避开障碍物,顺利完成电力巡检工作,提出基于改进人工势场法的电力巡检机器人自动避障轨迹规划方法。构建了电力巡检机器人的被控对象模型,分析电力巡检机器人的避障运动学,根据分析结果采用栅格法获取环境参数,实现环境建模,获取电力巡检机器人工作环境信息;引入改进人工势场法,叠加斥力势场和引力势场获得合力势场,判断环境中的障碍物并规划避障路线,完成电力巡检机器人自动避障轨迹的规划。实验结果表明,所提方法的避障准确率高、规划效果好、规划效率高。     

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。     

未知环境下移动机器人实时模糊路径规划

针对机器人在未知环境下避障的要求,设计了一个结合目标点位置信息和局部障碍物信息的评价函数实时导航算法,使机器人可以在无碰撞的情况下较快地到达目标点。该算法以二维激光雷达作为探测环境的主要传感器,采用基于行为的控制策略及模糊控制器技术,通过添加自由出口提高其路径搜寻的效率,最后为了验证此模糊路径规划方法进行了仿真实验。仿真实验结果表明,该算法具有良好的效果,机器人可以有效避障,且轨迹平滑、实时性好。     

室内移动机器人主动SLAM技术研究

为提高移动机器人自主探索室内未知环境的能力,基于实时获取的里程计和激光雷达数据,提出了一种面向室内环境的主动SLAM算法。首先利用激光雷达高精度特性,进行高频率的扫描匹配,提高了机器人定位和建图精度。同时基于实时地图,通过边界探索算法实现了机器人自主、高效遍历室内环境,并建立全局地图。鉴于室内环境通常是动态的,在全局路径规划的基础上引入局部路径规划,实现了机器人运动过程中的实时避障。使用Kobuki移动机器人平台在室内环境中进行了实验验证,实验结果表明该算法在小规模室内场景下的建图精度约为5cm,全程用时约为人为遥控方式的1.5倍。     

基于地图匹配的变电站巡检机器人激光导航系统设计

针对目前变电站巡检机器人导航方式存在的不足,设计了基于地图匹配的变电站巡检机器人激光导航系统。介绍了导航系统的系统组成结构,并着重对建图定位软件中的地图创建和定位结算模块的实现方法行了设计,同时也针对机器人的全局路径规划实现方法进行了简要介绍。通过变电站现场测试,本系统具有较高的重复定位精度,满足机器人巡检运行的要求。     

基于激光SLAM技术的电力巡检机器人交互控制

提出基于激光SLAM技术的电力巡检机器人交互控制方法,利用激光SLAM技术在地图模型、运动学模型、里程计观测模型以及多传感器观测模型的基础上绘制机器人的巡检地图,通过Dijkstra算法根据巡检地图获得最短巡检路径,并采用DWA滑动窗口法对选取的巡检路径进行评分,选择评分最高的路径作为机器人的巡检路径,完成电力巡检机器人的交互控制。实验结果表明,所提方法的避障效果好、路径规划效果好、控制精度高。     

基于SLAM的爬壁机器人自主移动研究

目前在研的爬壁机器人基本采用遥控模式进行控制，尚不具备全自主移动功能。针对大型钢结构外表面巡检、涂装等作业，提出了一种基于SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)的自主移动模式。通过建立机器人相关模型，在完成SLAM建立环境地图的基础上，实现基于路径规划算法的自主移动，并通过试验表明在室内环境下，Cartographer算法得到的地图边缘和障碍物细节更加完整，建图准确度更高，其相对误差绝对值的最大值为2.67%，算法可信度高。自主移动试验中，爬壁机器人基本能够到达目的地，符合机器人进行巡检等工作的需要，表明基于SLAM的爬壁机器人应用于大型钢结构自主移动具有可行性。     

基于ROS的电力变电站巡检移动机器人

为了从电力变电站的日常巡检任务中释放人力资源,设计了一种用于监测变电站设施并收集所需信息的巡检移动机器人。该巡检移动机器人搭配HIK视觉平台、激光传感器和工业个人计算机(IPC),并可在机器人操作系统(ROS)中进行编程。通过预先设定在机器人中的变电站全局地图,一旦接收到巡检任务,该巡检移动机器人可以选择最短路径来完成任务,并且在巡检机器人中使用激光传感器导航方式控制运动方法。此外,还在控制器中添加了Kalman滤波器来排除导航传感器提供的异常位置信息。通过实验分析,结果表明:该巡检机器人能够在电力变电站中进行巡检工作且满足实际工况需求。     

基于SLAM的机器人在车间运送中的应用

运送机器人主要通过电机、舵机、激光雷达、微控制器和树莓派等硬件设备组装而成,并在树莓派或计算机端的ROS系统运用建图、定位和路径规划等算法,实现机器人的自动避障和自主导航。实验发现机器人建立的地图能够描绘出机器人环境的大部分物体,路径规划和机器人的响应效果良好,并在误差允许范围内,地图中的定位可精确到70%。因此,可将SLAM机器人应用于车间运送,以提高车间的工作效率,节约人力成本。     

一种改进的势场法路径规划算法

在应用传统人工势场法的移动机器人路径规划问题中,机器人对移动障碍物避障效率较低,路径中存在局部极小点。针对这些缺陷,构建了一种基于势流理论的势场模型。在该模型中,势流理论中的概念与路径规划中的概念一一对应,修正函数解决了势流理论中与路径规划问题的矛盾之处,如点汇处速度无穷大等。为了保证对移动障碍物避障的可靠性,应用茹科夫斯基变换对势场分布及函数进行了改进。模型经改进后,为解决局部极小问题,本文进一步使用了点涡的概念,此后又加入虚拟点源以优化轨迹。最后,讨论了多障碍物势场加权叠加方法。仿真实验中,在多种避障情景下对比了改进前后的势场法。仿真结果表明,改进势场能够引导机器人对移动障碍物进行灵活避障,在避免局部极小点时较传统方法更为有效。     

沿全局最优路径滚动避障的车间机器人导航研究

为了减少机器人在车间工作时的路径长度、提高行驶安全性,提出了全局规划和局部滚动避障相结合的机器人导航方法。对车间静态环境进行全局路径规划,在传统蚁群算法基础上,在转移概率中引入节点被访问次数作为新启发因子、同时引进随机选择策略和"回退-惩罚"策略,从而提出了基于改进蚁群算法的全局路径规划方法。对车间动态环境进行局部滚动预测避障,分确定和不确定运动提出了碰撞预测和碰撞避免策略,实现了沿全局最优路径滚动避障行驶。经仿真验证,改进蚁群算法规划出的路径比传统方法缩短了42.3%;在车间动态环境下,机器人使用滚动预测避障策略可以沿着最优路径安全到达目标点,实现了机器人在车间动态环境下安全导航。