基于GPS的机器人导航技术的研究.pdf

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1、第2期总第200期农业科技与装备No．2TotalNO．200Feb．2011基于GPS的机器人导航技术的研究邢永友(沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳110866)摘要：随着科学技术和社会的进步，机器入技术获得了飞速发展，机器人各类传感的出现使机器人越来越高智能化。介绍各类导航技术(惯性导航、视觉导航、基于传感器数据导航和卫星导航等)存在的优点与缺陷，进一步认识其特点。GPS的诞生使机器人导航技术更加高智能，GPS在机器人农田导航中，准确实现自身的绝对定位及跟踪导航线路、目标。增强了机器人对外界环境的适应能力；DGPS技术的实现使机

2、器人定位技术更加精确可靠。结合磁罗盘等传感器和农田栅格分割法可以准确完成机器人导航线路的追踪。关键词：农业工程；导航系统；GPs导航；机器人；DGPS技术中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1674—1161(2011)02-0079—041984年国际标准化组织(ISO)中的工业自动化系统委员会(TCl84)所属工业机器人分会(sc2)对机器人的定义是：机器人是一种自动控制下通过编程可以完成某些操作或移动作业的机器。机器人最初是在创造一个与人一样思考、一样行动的机器装置的构想下诞生的。作为人类的新型生产工具，机器人在减轻劳动强

3、度，提高生产效率，代替人类完成危险、恶劣、繁重等工作方面，凸显了极大地优越性。顾名思义，机器人应该是像人一样的机器。人有五大感官：触觉、听觉、视觉、嗅觉、味觉，未来机器人作为信息来源的传感系统也必将是复杂和精准的。1机器人传感系统随着科技的进步，机器人技术也得到了迅速发展，各类传感器被应用到机器人上。单是机器人导航系统中的传感就多种多样，如触觉传感器、红外测距传感器、热红外感应器、超声波传感器、摄像机、磁罗盘、陀螺传感器、光电编码器、GPS等。随之产生了不同的导航系统，如惯性导航、视觉导航、基于传感器数据导航和卫星导航等。1．1惯性导航

4、惯性导航是最基本、最常用的导航方式，它利用机器人装配的陀螺仪、里程计、加速度计等传感器，计算机器人的方位、航程、航线等，达到对机器人的导航和跟踪。惯性导航具有完全的自主性和完备的导航信息，然而随着机器人航程的增长和变化，其定位精度大大下降，导航误差积分值也越来越大。收稿日期：2010-1l—19作者简介：邢永友(1985_)，男，硕士，从事农业电气化与自动化方面的研究。1．2磁导航在机器人预定轨道内埋设导线．并在导线内部通交变电流，使导线产生磁场，由磁场引导机器人的运动方向。该方法能使机器人按照预定轨道精确导航。但其缺乏柔性，预先铺设的

5、电缆也极大限制了机器人的自主性，导致机器人的环境应变能力差。1．3视觉导航‘随着计算机视觉处理技术的飞速发展和优化算法的不断更新。视觉导航已成为现代机器人导航的重要发展方向。机器人利用摄像机拍摄周围场景，然后通过各种图像处理方法，提取导航、路径规划、蔽障等参数，从而实现机器人局部路径规划。视觉导航具有高定位精度的优点，但又有计算复杂和场景范围局限的弱点。1．4光电传感器导航光电传感器导航采用光电元件作为检测传感器，将测量的变换转换成电信号指导机器人前进。目前，机器人大赛中的大部分机器人。均采用光电传感器跟踪彩带来确定跟踪路线。光电传感器

6、导航具有精度高、反应快、非接触等优点，但由于传感器视觉范围窄，容易导致盲区，所以一般要结合其他传感器来实现综合导航。1．5声纳导航声纳导航是一种利用声波在水下的传播特性．通过声电转换和信息处理，完成水下探测、分类、定位、跟踪和通讯任务的导航系统。它是一种应用最广泛的水下导航方式。除声纳导航本身的技术水平外，其还易受外界因素(如传播衰减、多路效应、海洋噪音、目标反射辐射等)影响而产生声线弯曲、信号起伏或畸变，进而影响声纳的距离探测和测算精度。!竺查些壁垫墨鉴鱼!呈竺!!±至璺1．6基于传感数据导航．自主定位系统主要有2类：相对定位系统和绝

7、对定位很多机器人都装配用于导航的非视觉传感器，如系统。常见的超声波传感器、红外线传感、触觉传感和雷达相对定位系统也称航迹推算。其通过积分增量的系统等，这些传感在机器人局部导航和蔽障处理中显方式来测量机器人相对初始位置的距离和方向，以确现出较大优势，且计算量较小、实时性较高，但其也有定机器人的当前位置。它具有不依赖外部信息的特导航信息单一、简单等弱点。一般情况下，它常结合其点，具备完全的自主性，但是其增量积分所产生的误他导航方式实现综合导航。差却会不断积累，使测量误差随着机器人航线的增长1．7无线传感网络导航而不断增大。无线传感网络导航是

8、由大量密集布设在监控区绝对定位系统包括磁罗盘定位、路标导航、地图域、具有通信与计算能力的微小传感节点，以无线方模型匹配、卫星定位等外部参照系统，其通过测量移式连接构成的自治测控网络系统。无线传感网络被认动机