基于视觉导航的轮式移动机器人设计方案

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1、基于视觉导航的轮式移动机器人设计方案第一章移动机器人§1.1移动机器人的研究历史机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器)。1962年，美国Unimation公司的第一台机器人Unimate。在美国通用汽车公司(GM)投入使用，标志着第一代机器人的诞生。智能移动机器人更加强调了机器人具有的移动能力，从而面临比固定式机器人更为复杂的不确定性环境，也增加了智能系统的设计复杂度。1968年到1972年间，美国斯坦福国际研究所(StanfordResear

2、chInstitute,SRI)研制了移动式机器人Shaky,这是首台采用了人工智能学的移动机器人。Shaky具备一定人工智能，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)。它装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，并通过无线通讯系统由二台计算机控制。当时计算机的体积庞大，但运算速度缓慢，导致Shaky往往需要数小时的时间来分析环境并规划行动路径。1970年前苏联月球17号探测器把世界第一个无人驾驶的月球车送七月球，月球车行驶0.5公里，考察了8万平方米的月面。后来的月球车行驶37公里，向地球

3、发回88幅月面全景图。在同一时代，美国喷气推进实验室也研制了月球车(Lunarrover),应用于行星探测的研究。采用了摄像机，激光测距仪以及触觉传感器。机器人能够把环境区分为可通行、不可通行以及未知等类型区域。1973年到1979年，斯坦福大学人工智能实验室研制了CART移动机器人，CART可以自主地在办公室环境运行。CART每移动1米，就停下来通过摄像机的图片对环境进行分析，规划下一步的运行路径。由于当时计算机性能的限制，CART每一次规划都需要耗时约15分钟。CMURover26由卡耐基梅隆大学机器人学研究所在1981年开始研制，它具有12个微处理

4、器来处理实时任务，一个大型的远程计算机通过遥控方式来进行复杂规划与环境分析。它通过声纳传感器与视觉传感器来探测环境中的障碍。由于计算机的运行速度、传感器感知能力的限制，这些移动机器人的实时控制性能不佳。每自主前进一步都需要停下来花费大量的时间进行计算，因此在实际应用中通常采取遥控的方式。进入20世纪90年代，随着计算机技术的飞速发展，机器人的感知、决策能力也获得了长足的进步。到了1994年，卡耐基梅隆大学机器人学研究所开发了DanteII，这是一个8足的移动机器人fill。在1994年4月，该机器人通过卫星通讯与Internet相连，通过网络由NASA的

5、研究组、卡耐基梅隆大学以及阿拉斯加火山观测所的科研人员控制Dante进行阿拉斯加火山口观测，并收集了火山口喷出的气体样本。早在1971年，前苏联就曾向火星发射了两辆火星车，其中一辆撞毁了，另一辆发送一幅尚不完整的图片就失去了联系。§1.1移动机器人的国际现状索杰纳的成功应用，成为移动机器人技术发展的一个崭新的里程碑，向人们展现了移动机器人代替人们从事肮脏(Dirty)，危险(Dangerous)，枯燥(Dull)工作的应用潜力激发了人们对于移动机器人技术研究的极大热情。世界各国或国际机构都加大了相关研究的力度。欧盟在2000—2004年启动的信息社会技术

6、计划中开展了探测火山环境的机器人、用来评估地振危险性的爬行机器人(ROBOSENSE)、借助机器人的交互式博物馆临场感(TOURBOT)等项目研究。在火山爆发的发作阶段观测和测量火山活动的相关变量最有意义，但对研究人员也是最危险的时刻。在1993年的一次火山口考察中，8名火山研究人员遇难。ROBOVOLC将开发和测试一个自动化机器人系统，在火山环境下进行探测与测量，可以帮助科学家远离危险环境进行分析研究。ROBOSENSE将开发一台能够携带探伤仪器的移动机器人，对地振造成的建筑物结构性损害进行检测。TOURBOT的目标是发一个交互式导游机器人，通过因特网

7、实现个性化的临场感，同时TOURBOT能够在现场引导参观游客。此外欧盟还开展了移动机器人应用于人道主义排雷等研究。26法国国家科学研究中心)于2001年中期，提出了一项有关机器人技术的大型国家计划，称作“机器人与人工体”。这项跨学科的计划涵盖了机器人学中信息科学与技术方面的主要研究领域。Robe计划对“感知器执行器”与认知功能进行跨学科的研究。实现这些功能在智能系统内的集成，能够在开放的、变化的环境中自主完成各种任务，实现智能机器人与人交互、通过学习改进其行为的功能。具体开展了移动式操作手，移动机器人视觉定位，行星机器人1以及多移动机器人协作等研究。前苏

8、联曾经在移动机器人技术方面居于世界领先的地位，Lunokhod-1是最早登上月球