文档介绍：未知环境下机器人的自主导航
导师:
学科前沿讲座
主讲:
难点
背景
移动机器人,是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功
能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机
工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果,代表机电一体化
的最高成就,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。
意义
随着机器人性能不断地完善,移动机器人的应用范围大为扩展,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此,移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。
环境建模与路径规划的改进
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纳米蜂鸟”无人机
身手最矫捷的空中间谍
“纳米蜂鸟”无人机的翅膀像纸一样纤薄,每秒钟能拍打20~40次。通过改变“翅膀”的角度和形状对飞行姿态进行调整,它在空中的盘旋时间能超过11分钟。“纳米蜂鸟”身形小巧,能从窗户或其他小开口穿过;它身体“强壮”,能够携带麦克风或照相机;它在空中十分稳定,即使在强风中也具有良好的操控性。
《科技新时代》2011最佳科技成果
今天的便携式无人机能在几分钟之内完成组装并发射,但在紧急情况下几分钟仍嫌太长。Rocket Lab的迷你无人机能将组装和发射准备时间缩短到20秒。这种长20厘米、,只要按下一个按钮就能实现发射。在空中,携带着500万像素数码相机的迷你无人机能在750米高处对地面进行120秒的侦查,并通过Wi-Fi将加密的图像传送到士兵的手机或笔记本电脑。在落地后,无人机会立即自行焚毁。
《科技新时代》2011最佳科技成果
探测危险物质的机器人,尤其是那些探测化学物质的机器人,通常都又大又笨拙,而Cobham teleMAX EOD/NBC机器人却是个例外。它小巧到足以放到一辆SUV的后排空间,甚至能通过飞机机舱的过道。,探测化学、生物和放射性物质。它那灵巧的机械手能使用镊子、棉签、勺子和其他设备来收集样本,并将样本储存到随身携带的5个罐子里。另外,整合在一起的12个核-生化物质传感器能直接将数据发送到控制人员那里。
《科技新时代》2011最佳科技成果
Scout XT机器人可以被扔进任何环境里—扔进窗户、在楼梯上翻滚,或是扔进水坑。它可实现远程遥控,并将实时视频传送到控制者那里。它的设计者ReconRobotics公司甚至还在开发一种反海盗的磁性版本—一旦有船只被海盗劫持,救援人员就能将机器人发射到被劫持的船只上,它会利用磁性粘在船舷上,然后再从船舷翻到甲板上。
《科技新时代》2011最佳科技成果
来自日本的一款名为Murata Boy的平衡机器人可以通过内置的多个感应器配合智能调节装置保持机器人近乎完美的平衡状态,甚至在完全静止的时候都可以纹丝不动。前置的超声感应装置还可以让机器人在遇到无法逾越的障碍物时自动停止,避免事故的发生。
《科技新时代》2011最佳科技成果
•移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。
•在移动机器人的相关技术研究中,导航技术可以说是其核心技术,也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。
•导航研究的目标就是没有人的干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务,进行特定操作。机器人通过装配的信息获取手段,获得外部环境信息,实现自我定位,判定自身状态,规划并执行下一步的动作。
机器人导航方式
惯性导航
视觉导航
基于传感器数据导航
卫星导航
惯性导航

惯性导航是一种最基本的导航方式。它利用机器人装配的光电编码器和陀螺仪,计算机器人航程,从而推知机器人当前的位置和下一步的目的地。显而易见,随着机器人航程的增长,定位的精度就会下降,而定位误差将会无限制地增加。为减少这种误差,以及降低光电编码器等数据的噪声,Kalman滤波器在此可有用武之地。