移动机器人导航及其相关技术的研究

本文对移动机器人导航技术论述、对比，并讨论了导航研究的相关技术。最后展望了移动机器人导航领域的主要发展方向。     

基于激光SLAM的移动机器人导航算法研究

定位技术是机器人技术中导航控制和路径规划的关键问题,传统定位方式采用全球定位系统(GPS),难以完成精准的定位导航功能,不依赖于GPS的定位导航方法是目前机器人领域的研究热点。提出一种基于激光雷达采集的点云信息帧间匹配方法,根据改进式激光点云数据的位姿估计算法,结合非线性优化进行了校正和优化,完成移动机器人对未知环境的精确定位。通过ROS机器人操作系统搭建实验平台,对改进算法进行验证,证明改进后帧间匹配算法的建图和定位效果对应的鲁棒性与定位精度效果更佳,可满足工程要求。     

清雪机器人自主定位与导航系统设计与开发

针对清雪机器人在未知环境中缺乏环境感知能力和自主规划路径等问题,研究基于机器人操作系统（ROS）结合激光雷达的同时定位与建图技术（SLAM）、路径规划技术,确定清雪机器人的研究思路。采用基于改进Rao-Blackwellized粒子滤波SLAM用于机器人在未知环境中实现同时定位和建图,通过激光雷达扫描匹配建立栅格地图,采用A*和DWA算法对建立的栅格地图进行全局路径规划和局部动态避障,并通过自主开发的清雪机器人作为实验平台验证可行性。结果表明：在实际环境中,基于激光雷达的同步定位与建图有效解决了清雪机器人位姿估计和地图构建问题,清雪机器人能够按照指定清雪路线移动,并避开实时出现的障碍物,验证了清雪机器人设计的可能性。     

一种移动机器人路径规划方法

本文提出了一种新的移动机器人路径规划方法。采用链接图法，对工作空间进行建模，得出从起始点到目标点的网络有权图，再利用Dijkstra算法决策出初始全局优化路径，并提出了一种简单的几何方法对其进行优化；局部规划采用基于行为和模糊规则库的方法，采用基于模糊规则的避障行为来实时避障，当无障碍威胁时又寻找全局路径上最近节点回到全局路径上，实验结果证明该方法节省系统计算时间，是一种简单的、较优的路径规划方法。     

多传感器信息融合在移动机器人导航中的应用

通过实例描述了多传感器在移动机器人导航中的应用，建立了基于信息融合的导航体系结构，并详细描述了各个模块及其功能，最后通过MATLAB／SIMULINK环境下进行仿真实验，结果表明了多传感器信息融合方法在导航中的有效性。     

基于虚力栅格法的移动机器人实时避障和导航

综合虚拟力场法和栅格法的优点,研究了移动机器人的导航和避障的问题.此方法采用确定栅格描述障碍物,具有简易、直观的特点,它使机器人在移动过程中能够检测到未知的障碍物并避开它,实现机器人朝着目标点移动.仿真结果表明,该方法具有良好的可行性和有效性.     

基于模糊决策法的移动机器人路径规划方法

对基于模糊决策法的移动机器人实时路径规划的方法进行了探讨。移动机器人在其运动前方180°的范围进行实时探测,得到环境信息,通过路径规划选择器,选择合适的模糊决策进行实时规划。上述过程通过计算机仿真得到了较满意的结果。     

模糊神经网络信息融合在移动机器人导航中的应用

提出一种基于模糊神经网络的多传感器信息融合方法,并将其用于自主移动机器人导航避障.采用多个超声波及红外传感器探测障碍物的距离和方向,用CCD摄像机来跟踪目标.经过模糊神经网络信息融合后,实现了机器人对障碍物和环境类型的识别以及无冲突的运动.试验表明,该方法能够实现机器人的安全避障.     

非结构环境下移动机器人定位研究综述

从移动机器人在非结构环境下应用定位需求出发,系统梳理了移动机器人定位研究发展历史,划分为经验积累、理论框架形成和应用研究突破3个阶段.指出了推动移动机器人定位技术发展的3个主要矛盾,比较并总结了用于解决关键问题的算法的优缺点,展望了基于视觉的移动机器人定位的重点研究方向.     

基于ZigBee的移动机器人定位技术研究

为了实现移动机器人的无线定位,应用ZigBee定位模块搭建了一个ZigBee定位系统。分析了参考节点数目变化和定位范围变化对定位系统精度的影响。实验表明:在相同的布局方案下,参考节点个数越多,定位精度越高,但在一定区域范围内,节点个数增大到一定数量时,对定位精度的提高有限;对于4 m×4 m的正方形定位区域,8个参考节点的定位精度在1. 25 m左右。试验结果可为ZigBee在移动机器人定位中的应用提供参考。     

移动消毒防疫机器人设计与导航实现

基于新冠疫情之下消毒防疫的需求,设计一款具有减振缓冲移动底盘的消毒防疫机器人。集成紫外线和喷雾消毒功能的消毒模块可自动升降,以满足不同高度区域的消毒需求。移动底盘可完成地图构建和自主导航,消毒模块可以满足消毒彻底、不留死角和较高位置消毒的需求。分析并建立移动消毒防疫机器人速度运动模型;搭建仿真环境,得到仿真环境地图,并在该环境下进行自主导航实现。结果表明：所设计的导航系统安全、可靠,可以实现室内空间消毒的绿色化和自动化。     

自动喂养机器人导航定位系统研究

盒养动物自动化喂养可以减少人工作业强度,降低人力成本,提高养殖的自动化水平,而自动喂养机器人的导航定位系统的研究是实现自动化喂养的关键。为此,研究了基于磁带和RFID标签的导航定位技术,设计开发了磁导航传感器的信息处理及导航纠正算法,以及利用RFID标签的站点定位技术,此外,对自动喂养机器人的避障系统进行了分析与设计。开发了自动喂养机器人导航定位控制系统,最后通过样机验证了导航定位算法的可行性和正确性,满足了自动化喂养的现场要求。     

移动机器人的栅格概率路径图法路径规划

针对PRM算法运行速度慢、难以针对狭窄通道采样的问题,提出一种栅格概率路径图算法。用栅格划分地图,并根据栅格内障碍物面积,划分栅格威胁等级,并依此使用不同采样策略。提出一种采样点落在障碍物内的重采样方法,提升了采样效率,增加了在狭窄通道内的采样。同时,改变连接策略,连接采样点时,不再遍历所有点,只与附近栅格进行连接,减少算法耗时。生成路径后,对路径进行优化与平滑,提升路径质量,使之符合移动机器人运动约束。通过仿真分析得到栅格概率路径图法中栅格缩放系数k选取的依据。仿真结果显示,栅格概率路径图法的运算时间和成功率与经典算法相比均获得提高。     

基于改进模糊自适应遗传算法的移动机器人路径规划

针对现有移动机器人路径规划方法运行效率低的问题,提出一种基于改进模糊自适应遗传算法的路径规划方法。基于领域知识对初始路径进行可行性筛选,提高可行路径比例。采用模糊逻辑控制器动态整定遗传算法运行参数,提高路径寻优速度,避免陷入局部最优路径;综合考虑机器人运行安全性要求,引入余弦函数平滑度评价因子,对不同的路径夹角施以不同的惩罚项,以改善路径平滑度。仿真结果验证了改进算法解决路径规划问题的有效性。     

基于人工势场法的移动机器人路径规划研究

基于人工势场法的移动机器人路径规划具有目标不可达、在障碍物前振荡、存在局部极小值等问题。通过分析振荡现象产生的原因以及局部极小值点存在的原因,提出一种基于人工势场模型、采用量子粒子群算法来选择人工势场模型参数的算法,从而克服人工势场法的模型缺陷,实现路径的优化。仿真结果表明,该方法能有效地提高路径规划的性能。     

移动机器人运动规划算法研究进展

移动机器人运动规划旨在考虑机器人运动学、动力学和时间约束的同时,在复杂环境中找到最佳且无碰撞的路径。近年来运动规划算法逐渐向高效、实时生成高质量的可执行路径发展。综述了基于运动学约束的一系列运动规划算法,分析并比较了其理论上的优势和不足;对算法的实时性能、优化性能以及对环境模型的依赖性进行分析;将运动规划拆分成前端路径搜索和后端轨迹优化;总结了运动规划算法的研究状况。     

受能量约束的移动机器人最优路径规划

在确保移动机器人持续生存前提下,为了尽量减少机器人的能量消耗,通过定义一些基本运算操作符的运算规则对粒子群算法进行改进,并提出基于动态能量阈值和改进粒子群算法的单机器人多充电站最优路径规划方法,来达到能耗最优。单充电站与多充电站情况下的仿真对比证明:该算法具有很好的寻优能力与收敛效率;在确保移动机器人持续生存的同时,两充电站情况下的能耗比单充电站的能耗平均降低7.03%。因此,在合适的位置增设充电站更有利于降低能耗。