移动机器人路径设计与定位计算

为解决机器人自主导航中的同时定位与地图构建问题,提出采用SLAM系统实现机器人在一个未知环境和位置开始,通过环境观测,递增地构建环境地图,并同时运用环境地图实现机器人定位的解决方案.仿真实验证明了所建立的SLAM系统是一种切实可行的导航方法,为提高移动机器人自主性和智能化提供了一条新的技术途径.     

一种在线自学习的移动机器人模糊导航方法

针对现有移动机器人模糊导航对未知不确定环境缺乏自适应性的缺点,提出了一种具备在线自学习能力的模糊导航方法.通过设计模糊规则并确定动作先验值,完成初始模糊导航系统的构建.利用Q强化学习算法对模糊规则中各行为的值函数进行在线增量学习,实现模糊决策的逐步求精.仿真实验表明,移动机器人导航系统能够在运行过程中不断调整导航策略,实现对未知不确定环境的自适应.同时由于导航先验知识的引入,有效地克服了强化学习初始阶段进行盲目搜索导致的学习速率低、收敛速度慢的缺点,实现了移动机器人可靠导航.     

基于人工势场法机器人小车避障的研究

针对移动机器人的实时导航和避障设计了基于人工势场的控制算法,用该算法控制移动机器人能在未知的环境中,实时检测出障碍物,并实时规划出合理路径,稳定、平滑连续地向目标行驶,给出了机器人行驶的实验结果.通过小车车体方位计算确定了避障方法-人工势场法,即目标位置对移动机器人产生一种虚拟的吸引力,而障碍物对机器人产生一种虚拟的排斥力,这两种力的合成就决定了移动机器人的运动.通过对处于静态环境下的小车的路径进行了规划并进行计算机仿真.仿真结果表明,该人工势场法能有效地实现机器人小车的避障功能.     

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。     

基于多线激光雷达的障碍检测与环境重建

针对越野环境中自主导航车(ALV)的导航问题，提出了基于卡尔曼滤波理论的障碍检测算法.通过分析多线激光雷达的扫描数据，依次进行候选障碍点提取、非障碍扫描点滤除和聚类分割获取障碍信息，使用卡尔曼滤波算法对目标障碍位置进行跟踪和滤波处理，并结合自主导航车上差分全球定位系统/惯性导航系统(DGPS/INS)的位置和姿态信息进行联合定位，对ALV途经的周围环境进行了三维地图重建.试验结果表明，该算法稳定可靠，跟踪的位置误差可以降低到10 cm以内，有效地解决了越野环境下的障碍检测问题，同时成功地完成了环境场景的重建.     

未知环境下模块化移动机器人路径规划的研究

为了使移动机器人各组件可快速组装、便于维修,设计了一种新颖的模块化移动机器人,由驱动模块、控制模块、传感模块及标准连接模块组成.为了解决移动机器人在复杂未知环境下的路径规划问题,提出了基于"感知-动作"的模糊逻辑控制体系结构,采用基于"感知-动作"的模糊逻辑控制方法分别对模块化移动机器人的路径规划进行了二维和三维仿真.仿真结果显示了该模糊逻辑控制方法的稳定性和实用性.在三维复杂环境下应用该方法仿真实现了单个及多个机器人的避碰运动.     

障碍物信息模糊识别的实用方法

针对移动机器人工作环境中障碍的特点和机器人导航与避障规划等任务的需要,应用模糊识别理论,研究从障碍的图象中提取和处理边缘信息的方法,提出了障碍边缘识别及障碍几何中心求取的实用方法．     

基于Matlab和VC++混合编程的障碍检测系统设计

本文主要研究移动机器人在环境未知情况下的障碍物检测问题,提出了一种图像分割和立体视觉相结合的方法进行检测,减小了检测算法的复杂度,并能快速可靠地检测出机器人行进前方障碍物的位置和距离信息;将VC++的可视化图形界面功能和MATLAB的强大图像处理功能有机的结合起来,采用混合编程开发方法实现障碍物检测系统软件。实验结果表明,该方法在障碍物检测系统的开发过程中大大提高了编程效率,缩短了软件的开发周期。     

动态环境下自主移动机器人的导航复杂性

在自主移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其研究核心.动态不确定环境下的路径规划是自主移动机器人导航的关键环节之一，受到了许多学者的关注.多障碍环境下的路径规划，尤其是多障碍动态环境下的路径规划，是一个比较复杂的问题.通过混沌现象对自主移动机器人在动态环境下，利用传感器信息导航的复杂性进行了探讨.通过计算最大Lyapunov指数和描绘功率谱分析图这两种方法，确定了自主移动机器人从传感器上获得的机器人与障碍物间距离信息的时间序列存在混沌现象，揭示了自主移动机器人在动态环境下导航复杂性的原因.     

基于Kinect传感器的机器人室内环境检测方法

针对移动机器人室内环境检测问题,提出了一种基于Kinect传感器的目标物体检测方法.利用Kinect传感器采集的视频图像和深度数据来实现对机器人工作环境中已知特征目标物体和完全未知目标物体的检测及定位.对于已知特征目标通过颜色特征分析来完成检测,而对于完全未知的物体则通过深度地面消除算法和提取深度图像的轮廓来进行检测.利用传感器成像模型对检测出的目标区域进行三维空间定位,从而获取目标物相对于机器人的空间位置信息.基于移动机器人平台进行实验,结果表明,该方法能够有效地实现室内环境信息的检测及定位.     

基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法

为了解决在复杂非结构化环境中的避障问题,提出了一种基于光流的适用复杂非结构化环境的移动机器人避障方法.首先,引入梯度守恒假设和局部加权对光流算法进行改进,减少了光照变化不均和噪声对光流算法的影响,提高了算法的计算精度和鲁棒性.然后,使用光流散度来计算相碰撞时间(time-to-contact,TTC),并利用TTC构建障碍地图.设计的航向决策算法能在机器人与障碍物发生碰撞危险时,为机器人选择最优的前进方向.对提出的避障方法进行了仿真及物理实验,实验结果表明:利用该避障方法可以实现移动机器人在复杂非结构化环境中无碰撞地行走.     

基于视觉的移动机器人实时避障和导航

阐述了移动机器人通过视觉传感器在不确定的环境中实现自主避障和导航的一种方法，首先讨论了路径规划的分层结构，然后通过简单的图像处理方法获取运动环境中的避碰点，最后给出机器人实现局部路径规划的算法，该方法有效地利用了全局环境地图和视觉信息。减少了计算量，提高实时性，通过仿真研究说明了该算法的有效性和可行性。     

极大似然估计的信息融合方法及其在水下航行器制导中的应用

对基于极大似然估计的数据融合技术进行了理论分析,证明了用多传感器融合估计后的数据较单传感器测量数据方差减小;并把该技术应用于水下航行器制导技术,对其进行了理论分析,提出了一种新的航行器制导技术,最后对该技术应用于航行器制导和目标跟踪技术进行了仿真计算,结果证明了该方法的有效性。     

自主移动机器人的自定位问题研究

为解决仅仅利用视觉系统或者声纳系统得到的信息进行机器人自定位时存在较大的误差的问题,提出了一种极坐标系下进行自定位的方法.在极坐标系下,通过简单的几何算法获得视觉距离和角度、码盘距离和角度及声纳距离和角度,然后运用模糊数学的方法再对其信息融合,即将机器人视觉信息,驱动码盘信息和声纳信息等进行有效的融合,得到了理想的距离和角度信息,从而提高机器人的自定位精度.实验结果表明:在4 m范围内,其定位误差低于1.5%.该研究为多机器人定位提供了参考依据.     

基于双目视觉的机器人局部路径规划

目的提出移动机器人利用双目视觉在不确定的环境中实现自主避障和导航的一种新方法．方法以视觉信息为决策依据，利用神经网络对障碍物的屏幕坐标和实际相对坐标进行非线性映射，在避障过程中只考虑障碍物相对于机器人的运动及可能的碰撞方式，无需考虑机器人和障碍物的运动速度和运动方向．结果映射点偏离屏幕中心误差越大，障碍物距离机器人越远，确定避碰策略越困难；而当障碍物距离机器人较近时确定避碰策略较容易．该方法计算量少，运算时间短，提高了机器人的实时性．结论仿真试验表明此种方法能有效避开障碍物顺利到达目标点，并减少了计算规模，提高了实时性．     

基于信息融合的同时定位与地图创建研究

针对在复杂环境中,由于传感数据的高度不确定性,采用声纳传感器进行移动机器人同时定位与地图创建的可靠性很低问题。对基于声纳信息与视觉信息相融合的SLAM进行了研究。利用Hough变换对声纳信息与视觉信息进行处理从中提取直线和点特征,并进行特征级的信息融合,从而充分利用声纳与视觉信息中的冗余信息。在移动机器人上的实验表明,多传器信息融合可以有效提高SLAM的准确度和鲁棒性。     

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.     

安全屏障机制下基于SAC算法的机器人导航系统

为了提高移动机器人自主导航系统的智能化水平和安全性,设计了安全屏障机制下基于SAC(Soft Actor-Critic)算法的自主导航系统,并构建了依赖于机器人与最近障碍物距离、目标点距离以及偏航角的回报函数.在Gazebo仿真平台中,搭建载有激光雷达的移动机器人以及周围环境.实验结果表明,安全屏障机制在一定程度上降低了机器人撞击障碍物的概率,提高了导航的成功率,并使得基于SAC算法的移动机器人自主导航系统具有更高的泛化能力.在更改起终点甚至将静态环境改为动态时,系统仍具有自主导航的能力.     

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.