摘 要

导航是移动机器人应具备的基本功能,是移动机器人区别于固定式机器人的关键之一,也是反映移动机器人实现智能化及完全自主工作的关键技术之一。理想的移动机器人应具有以下能力:当处于一个未知的、复杂的、动态的非结构环境中,并且在没有人的干预下,通过感知环境,能够到达期望的目的地,同时应尽量减少时间或能量的消耗等。正是由于有了导航装置,移动机器人在行走过程中才不迷失方向,才不与其它障碍物相碰,最终顺利到达目的地。随着移动机器人应用领域的日益扩大,对移动机器人导航问题的研究不断提出了新的课题,这将使移动机器人的导航研究不断深入和发展,也将使移动机器人具有更加美好的应用前景。

移动机器人导航涉及到路径规划，传感器的选择及传感器信息的融合等技术. 本文综述了自主式移动机器人的导航技术，对其中视觉导航，地图导航等技术进行了较详细的分析，还有对移动机器人导航技术作出了技术的展望。

关键词：移动机器人；导航；视觉；地磁；SLAM。

Analysis of mobile robot navigation technology

ABSTRACT

Navigation is the basic function of mobile robots. It is one of the key points of mobile robots to be different from fixed robots. It is also one of the key technologies to realize intelligent and completely autonomous operation of mobile robots. The ideal mobile robot should have the ability to reach the desired destination by sensing the environment, in an unknown, complex, dynamic, unstructured environment and without any human intervention, while minimizing the time or Energy consumption and so on. It is because of the navigation device, mobile robots in the course of walking is not lost in the direction, not with other obstacles, and ultimately arrived at the destination. With the increasing application of mobile robot, the research on the navigation problem of mobile robot has put forward a new topic, which will make the navigation research of mobile robot deep and develop, and will make the mobile robot have a better application prospect.

Mobile robot navigation involves path planning, sensor selection and sensor information fusion. This paper summarizes the autonomous navigation robot navigation technology, which visual navigation, map navigation and other technology for a more detailed analysis, as well as mobile Robot navigation technology has made a technical outlook.

Key words: Mobile robot; navigation; vision;geomagnetism;slam

目 录

1绪论………………………………………………………………………………………1

1.1研究目的及意义………………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状…………………………………………………………………………1

1.2.1 国外研究现状…………………………………………………1

1.2.2 国内研究现状…………………………………………………1

1.3研究内容………………………………………………………………………2

1.3.1移动机器人的导航方式…………………………………………………2

1.3.2 移动机器人关键技术分析…………………………………………………2

1.3.3移动机器人技术展望…………………………………………………3

1.4总结…………………………………………………………………………3

2移动机器人的导航方式………………………………………………………………………………4

2. 1 视觉导航…………………………………………………………………………4

2. 2 地磁导航…………………………………………………………………………4

2. 3 电磁导航…………………………………………………………………………5

2. 4 GPS导航…………………………………………………………………………5

2.5总结…………………………………………………………………………6

3 移动机器人导航关键技术………………………………………………………………………………7

3.1视觉导航关键技术……………………………………………………………………7

3.1.1栅格表示法…………………………………………………7

3.1.2 拓扑法…………………………………………………7

3.1.3特征表示法…………………………………………………7

3.1.4地图创建…………………………………………………8

3.1.5路径规划…………………………………………………8

3.2 地磁导航关键技术…………………………………………………………………………10

3.3SLAM技术…………………………………………………………………………12

3.3.1地图表示方法…………………………………………………12

3.3.2不确定性信息的处理方法…………………………………………………13

3.3.3数据的关联…………………………………………………13

3.3.4自定位…………………………………………………14

3.3.5探索路径…………………………………………………14

3.4多传感器融合技术……………………………………………………………………14

3.5智能技术……………………………………………………………………16

3.6移动机器人导航技术展望……………………………………………………………………16 3.7总结…………………………………………………………………………17

结论………………………………………………………………19

致谢……………………………………………………………20

参考文献……………………………………………………………21

1绪论

1.1研究目的及意义

随着人口老龄化加剧，劳动力成本显著增加。利用机械化、自动化等技术取代部分人工劳动已经是势在必行。机器人技术则是高度的自动化技术。工业上广泛使用固定的机械手进行重复的动作，但是许多场合还需要地面移动的机器人，甚至空中飞行与水下游弋的自动化装置。移动的机器人的关键技术是导航和定位。最常见的导航方法包含：GPS导航、惯性导航、视觉导航等等。它们有不同的特点，适用于不同的场合。有时还需要同时采用多种导航方式，形成组合导航。 本文主要研究各种导航的方法以及技术的分析，以及对未来机器人导航技术的技术展望。