移动机器人导航系统的研究现状与发展趋势

Lu a j◆理论研究 i nY nu l i

移动机器人导航系统的研究现状与发展趋势彭文刚彭宝林柳胜(南京理工大学机械工程学院，苏南京 2 0 9 )江 10 4摘要：综述了移动机器人的定位，导航，路径规划，避障及多传感器信息融合技术，绍了主要的导航方式及其特点，介导航系统的分

类，阐述了导航技术的应用现状及发展趋势。并 关键词：动机器人；航；移导定位：径规划；障路避

导航技术是反应移动机器人自主特征与智能行为的关键技术之一。移动机器人的导航主要研究以下3方面：个()何处：指移动机器人导航系统中的定位和跟踪问题； 1在是 ()哪去：指移动机器人导航系统中的路径规划； 3如 2往是 ()何去：指移动机器人如何准确地到达终点。解决移动机器是人的导航就是要解决以上 3问题，其解决方式主要有： 1个 ()

2移动机器人的路径规划问题移动机器人路径规划主要涉及的问题包括：何利用探如知的移动机器人环境信息建立较为合理的模型，再用寻找一

条从起始状态到目标状态的最优路径；何处理环境模型中如的不确定因素和轨迹中出现的误差，降低外界物体对机器人的影响；何利用已知信息来引导机器人的行为，而得到如从

通过一定的检测手段获取移动机器人的空间位置及环境信息；2用一定的算法对所取的信息进行信息融合处理并建立 ()

相对更优的行为决策。动机器人的路经规划可分成 2:移类一类是基于环境先验信息的全局路径规划，一类是基于传感另器信息的局部路径规划。 21基于环境先验信息的全局路径规化 . 全局路径规划是根据全局地图数据库信息，按照一定的路径规划算法，划}一条无碰撞优化路径。全局规划的 2规}{个子问题：境建模和路径搜索策略。环境建模的主要方法有：环 可视图法、自由空间法和栅格法等。可视图法，视机器人为一点，机器人、将目标点和障碍物的各顶点进行组合连接，求要机器人和障碍物各顶点之间、目标点和障碍物各项点之间以

环

境模型；3实现移动机器人能安全通过一条最优路径的路 ()径规划。

1导航系统的分类目前移动机器人的导航方式很多，主要可以分为磁导航、性导航、光导航、觉导航、于传感器数据导航、惯激视基

GP导航、 P导航、光电编码器导航、无线射频识别导航 S i S G等。简要介绍几种常见导航方式： 1惯性导航，器人利用 ()机装配的惯性传感器，知机器人当前位置和下一步目标。惯推性传感器包含陀螺仪和加速度计，螺仪具有稳定性和进动陀性，用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏利

及各障碍物顶点与顶点之间的连线均不能穿越障碍物。搜索最优路径的问题就转化为从起始点到目标点经过这些可视直线的最短距离问题。法能够求得最短路径，该由于机器人的大小忽略不计，使得机器人通过障碍物顶点时离障碍物太近，甚至接触，且搜索时间长。为了消除冗余路线片段，采用文并可献口出的称为 te set l ibl rp E G)可视图 提 h sni s it G ah(V的 E aV i i y

差的位置陀螺，物理原理分为转子式陀螺、机械陀螺、 按微环形激光陀螺和光纤陀螺等，速度计是用来感测运动载体沿加一

定方向比例的惯性器件。 ()觉导航是移动机器人利用 2视

装配的摄像机拍摄周围环境的局部图像，通过图像处理技再术(如特征识别、离估计等 )外部环境信息输入到移动机距将器人内，机器人自身定位和规划下一步的动作，而使机为从器人能自主地规划行进路线，安全到达终点。( )于传感器 3基

法的高效版。自由空间法应，用预先定义的如广义锥形和凸采多边形等基本形状构造自由空间，并将自由空间表示为连通图，过搜索连通图来进行路径规划。该方法比较灵活，始通起点和目标点的改变不会造成连通图的重构，但算法随障碍物的增加而更加复杂，且很难获得最短路径，并因而该方法仅适用于对路径精度要求不高，器人速度不快的场合。栅格法，机

数据导航，器人一般都安装

了一些非视觉传感器，超声机如波、红外线传感器、电子罗盘等。过这些传感器可以探知外通

界环境信息和机器人自身状态，据获得的信息实现机器人根导航。 () P全球定位系统是利用环绕地球的2颗卫星， 4G S 4准确计算用户所在位置的庞大卫星网络定位系统。G S统包 P系括 3部分：间部分—— G s星，面控制部分——地面大空 P卫地

是由w.. w e最先提出的，用大小相等的矩形栅格划分 EHo dn是环境来区分环境中的自由空间与障碍物，假设用黑格代表障碍物空间，臼格代表自由空间，黑格区域在白格自由空问用则所处的位置就是障碍物在移动机器人所处环境中的位置。栅格法以栅格为单位记录环境信息，环境被量化成具有一定分

监控系统，户设备部分—— G S号接收机。用 P信在移动机器人的导航定位技术应用中，一般采用伪距差分动态定位法，用基准接收机和动态接收机共同观测 4 G S星，照一定算颗 P卫按法即可求出某时刻机器人的三维位置坐标。 ()线射频识 5无

辨率的栅格，栅格的大小直接影响着环境信息存储量的大小和规划时间的长短。栅格划分大了， _能力强，境信息抗 T扰环存储量小，辨力下降，密集环境下发现路径的能力减弱；分在

别导航在 …… 此处隐藏：3023字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……