机器人导航概述ppt课件

GPS概述2 全球定位系统 (GPS)是20世纪70年代由 美国陆海空三军联合研制 的新一代空间卫星导航定 位系统 。 GPS全球卫星定位系 统由三部分组成：空间部 分—GPS星座；地面控制 部分—地面监控系统；用 户设备部分—GPS信号接 收机。


GPS构成 ：①空间 部分 GPS的空间 部分是由24 颗工作 卫星组成,它位于距 地表20 200km的上 空,均匀分布在6个 轨道面上(每个轨道 面4 颗) ,轨道倾角 为55°。

1)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 置和下一步目的地。

2)磁导航（路径地下埋电缆，流过不同频率的电流，来作为路径信息） 磁导航是目前自动导引车( automated guided vehicle,AGV)的主要导航方式。AGV是移 动机器人中的一种,同时,AGV也是自动化物流运 输系统柔性生产组织系统的核心关键设备。这种 导航方式要在AGV运行路径上,开出深度为 10mm 左右,宽5mm左右的沟槽,在其中埋入导线。在导 线上通以5～30 kHz的交变电流,在导线周围产生 磁场。AGV上左右对称安装了2只磁传感器用于检 测磁场强度,引导车辆沿所埋设的路径行驶。AGV 缺乏柔性,在原有路径 上放置一个障碍物,该AGV 就无法完成简单的避障动作。
定位、建图、路径规划
(1) 通过一定的检测手段获取移动机器 人在空间中的位置、方向以及所处环境的 信息。 (2) 用一定的算法对所获信息进行处理并 建立环境模型。 (3) 寻找一条最优或近似最优的无碰路径， 实现移动机器人安全移动的路径规划。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ动机器人导航方式

移动机器人的导航方式很多,有惯性导航、 磁导航、视觉导航、基于传感器数据导航、 卫星导航等。这些导航方式分别适用于各 种不同的环境,包括室内和室外环境,结构 化环境与非结构化环境。

GPS构成 ：③用户设备部 分 用户设备部分即 GPS 信号接收机。GPS 接 收机的结构分为天线单元 和接收单元两部分。接收 机一般采用机内和机外两 种直流电源。设置机内电 源的目的在于更换外电源 时不中断连续观测。在用 机外电源时机内电池自动 充电。关机后，机内电池 为RAM存储器供电，以防止 数据丢失。

导航主要解决的问题
导航系统中 的定位及其 跟踪问题
（1）我（机器人）现在何处？ （2）我要往何处走？ （3）我要如何到达该处？
路径规划 问题
研究方向

我们又可以分成以下几个研究方向： 完全已知 环境：机器人知道所在工作环境的所有信息， 包括目标点的位置，方向，障碍物的位置和方 向。 部分已知环境：机器人知道所在工作环境 中的部分信息，比如知道一部分障碍物的位置 和方向，有另外一部分环境是不知道的。 完全 未知环境：机器人完全不知道所在工作环境的 信息，只知道目标点的方向和位置，其它障碍 物的信息是一点都不知道 。

4)基于传感器数据导航 一般机器人都安装了一些非视觉传感器,如,超 声传感器、红外传感器、接触传感器等。利用 这些传感器亦可以实现机器人导航。有研究人 员将超声数据与图像数据结合,通过事先训练好 的神经网络预测障碍物的可能位置,从而使得机 器人能够 在动态非结构化环境中实现自主导航。 有研究人员将传感器数据作为模糊推理系统的 输入,模糊系统将产生较优(针对某事先设定的 代价函数而言)的机器人行为动 作。

3)视觉导航 通常,机器人利用装配的摄像机拍摄周围环境的局部图 像,然后,通过图像处理技 术(如,特征识别、距离估计 等)进行机器人定位和规划下一步的动作。有研究人员 利用Fourier变换处理机器人全方位图像,并将关键位置 的图像经 Fourier变换所得的数据存储起来作为机器人 定位的参考点。以后机器人所拍摄的图像经变换后与之 相对照,从而得知机器人当前位置。也有研究人员利用 视 觉技术解决计算机器人运动过程中的避碰点,从而实 现机器人局部路径规划。
主要内容
1、移动机器人导航的基本知识 2、移动机器人导航方式 3、定位技术 4、路径规划 5、智能导航算法 6、自主飞行机器人导航系统设计 7、产品应用 8、发展趋势

移动机器人导航
移动机器人的研究起源：20世纪60年代末 期。 导航的概念：移动机器人通过传感器感知 环境和自身状态，实现在有障碍物的环境 中面向目标的自主运动

6)卫星导航 GPS全球定位系统是以距离作为基本的观 测量,通过对4颗GPS卫星同时进行伪距离 测量,计算出用户(接收机)的位置。机器 人通过安装卫星信号接收装置,可以实现 自身定位,无论其在室内还是在室外。

GPS概述1 GPS即全球定位系统 （Global Positioning System）。简单地说，这是 一个由覆盖全球的24颗卫星 组成的卫星系统。这个系统 可以保证在任意时刻，地球 上任意一点都可以同时观测 到4颗卫星，以保证卫星可以 采集到该观测点的经纬度和 高度，以便实现导航、定位、 授时等功能。


GPS构成 ：②地面控制部分 地面控制部分由一 个主控站,5 个全球监测站 和3 个地面控制站组成。监 测站将取得的卫星观测数据 传送到主控站。主控站从各 监测站收集跟踪数据,计算 出卫星的轨道和时钟参数, 然后将结果送到3 个地面控 制站。地面控制站在每颗卫 星运行至上空时,把这些导 航数据及主控站指令注入到 卫星。
5）光反射导航定位 典型的光反射导航定位方法主要是利用激 光或红外传感器来测距。激光和红外都是 利用光反射技术来进行导航定位的。


激光全局定位系统一般由激光器旋转机构、反射镜、光 电接收装置和数据采集与传输装置等部分组成。工作时， 激光经过旋转镜面机构向外发射，当扫描到由后向反 射器构成的合作路标时，反射光经光电接收器件处理作 为检测信号，启动数据采集程序读取旋转机构的码盘数 据（目标的测量角度值），然后通过通讯传递到上位机 进行数据处理，根据已知路标的位置和检测到的信息， 就可以计算出传感器当前在路标坐标系下的位置和方向， 从而达到进一步导航定位的目的。