地面移动机器人研究现状及发展趋势

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1、万方数据栏目主持：王伟章小兵1宋爱国2f东南大学仪器科学系2安徽工业大学电气信息学院1、概述地面移动机器人是脱离人的直接控制，采用遥控、自主或半自主等方式在地面运动的物体。地面移动机器人的研究最早可追溯到五十年代初，美国BarrettElectronics公司研究开发出世界第一台自动引导车辆系统。由于当时电子领域尚处于晶体管时代，该车功能有限，仅在特定小范围运动，目的是提高运输自动化水平。到了六、七十年代，美国仙童公司研制出集成电路，随后出现集成微处理器，为控制电路小型化奠定了硬件基础。到了八十年代，国外掀起了智能机器人研究热潮，其中具有广阔应用前景和军事价值的移动机器人受

2、到西方各国的普遍关注。在移动机器人的发展中，出现两个机器人大国，一个是日本，另一个是美国。时至今日，各种类型的地面移动机器人纷纷研制出来，其应用范围从民用、工业用到军用，涉及人类活动的方方面面。下面主要介绍美国和日本在地面移动机器人方面的研究现状。2、地面移动机器人形状机器人形状决定它的功能和用途。地面移动机器人的形状可分为车形、桶形、仿生形和微型。2．1车形图1．3图1．4图l轮式移动机器人[作者简介]章小兵，1972年生，男，博士生，讲师，研究方向是移动机器人智能算法及电子电路可靠性设计。19万方数据车形移动机器人具有速度快的特点，分为轮形和履带形两种。轮形机器人比较履

3、带机器人具有灵活、速度快和制造方便，但它通行能力没有履带机器人强，在无大的突变(相对其轮半径而言)和硬质地形运动。图1．1是哥伦比亚大学研制用于城市街道或建筑物内部自动绘图。图1．2是波士顿大学研制用于探测环境的机器人，它们把所摄图像传给操作者。图1．3是为丧失行动能力的病人所设计的自动行驶车。图1．4是自动割草机。图1．5是无人侦察车，能发现ikm外的人和5km外的坦克。值得一提的是美国接着DemoIII之后开展DemoIV无人自主军用运载机器人开发，运载汽车可在公路上自主或遥控无人驾驶；我国由浙大、国防科大和清华大学等大学经八五至九五也研制出无人自主运载汽车。j兰目主持

4、：王伟B”型反恐防暴机器人，四履带轮结构，可由四轮变成四脚行走，在运动和抓取重物时增加了灵活性。2．2桶形桶形机器人是由车形机器人演化而来，因其四周遍布超生波(或红外)距离传感器，可在室内或大多室外环境实现完全自主导航。采用多传感器信息融合可确定出障碍物的位置。多针对不同层次的信息融合算法，有代表性的多传感器信息融合算法主要有：人工神经网络(ANN)、加权平均法、贝叶斯估计、卡尔曼滤波、D—S证据推理、统计决策理论(SDT)等⋯。桶形机器人适用于机器人竞技(如足球比赛)、大多伺服工作(如自主吸尘器)、代人巡逻(需加摄像机)。2．3仿生形仿生形是根据人们特定需要设计而成，有人

5、图2履带式移动机器人履带机器人因其通行能力强，速度快，常用于军用警用侦察、排雷、排爆或攻击敌人。下面是它的应用实例。图2．1是由加利福尼亚理工学院研制，能够爬楼梯、钻管道和自动避障的探查车。图2．2是由德国莱茵金属公司的分公司Telerob公司研制的MV4爆炸物处理遥控机器人。图2．3是瑞典和挪威联合开发的“针鼹”遥控扫雷车。图2．4是我国中国科学院沈阳自动化研究所白行研制的“灵蜥一20图3桶形移动机器人万方数据形、蛇形、昆虫形和宠物形等。图4是日本东京大学研制的机器人系列。人形可在某些工作中像人一样，用来站岗的，可通过图像来识别生人；用来娱乐的可有喜怒哀乐表情、跳舞唱歌打

6、招呼等功能，这一点与图4．4和4．5宠物机器人差不多。人形机器人因其重心高，乘载能力有限，移动较慢，造价高，故应用受限。图4．2蛇形能钻洞探查洞内情况，如坍塌的建筑物下的伤员和洞穴探险和反恐。图4．3昆虫形机器人可用来爬壁(足尖有吸附装置)，也常用来作战术侦察，包装得当可与真昆虫毫无二致，敌方很难发现。我国最近中科院沈阳自动化研究所研制出一种具有自主知识产权的蛇形机器人样机，日前通过了国家863计划先进制造与自动化技术领域机器人技术主题专家组的考核验收。2．4微型因目前半导体集成技术能达微米级，故一块栏耳主持：王伟理速度大大提高，各种现代信号处理技术由过去的理论状态转为实用

7、，机器人感觉系统是越来越发达了。3．1视觉机器人视觉是通过安装在移动机器人上的摄像机或者超声红外等距离传感器来获得环境信息。由于CCD摄像机近年发展很快，价格大幅下降，信息处理速度加快，无线图像压缩传送算法日渐成熟，人们常把摄像机安装在机器人上以获得环境信息。有专家估计人眼感知到环境信息约占90％，机器人也可以通过控制器直接从图像中提取信息，但限于算法时间等限制目前还无法达到人眼上百亿神经元并行处理信息的能力，现在仅能从图像中识别出颜色或线条，但这些信息可供机器人自主导航或识别物体。若机器人把图像信息通过无线方式送