移动机器人可替代或辅助人类的生产和生活,并深入复杂或危险的环境,需随时感知周围场景。传统的ORB-SLAM2方法在动态场景中定位不准确,由此提出一种动态场景感知下的移动机器人视觉定位与建图方法。SLAM方法通过光学传感器采集环境信息完成建图,以ORB-SLAM2作为基本框架,在其跟踪线程中添加一个动态目标检测模块,该模块采用YOLOv4网络检测目标,使用的CSPDarknet53结构在减轻骨干网络权重的同时保持检测准确性;采用改进四叉树算法提取特征,并采用改进型形状上下文的图像匹配方法完成特征匹配。在TUM RGB-D数据集上进行实验,所提算法在walking_xyz场景序列的RMSE相对ORB-SLAM2算法增加97.6%,walking_rpy场景序列的RTE和RRE分别改进97.1%和96%。比较所提算法与ORB-SLAM2算法在高、低动态场景中的客观指标和估计轨迹误差,所提算法的RMSE、均值、中间值以及性能提升的改...

介绍了一种以三星公司的ARM处理器S3C2410为控制核心，在其上移植嵌入式μC／OS-Ⅱ操作系统的移动机器人控制系统方案，阐述了主控制模块、运动控制与传感器、人机交互界面和无线通信模块。该机器人系统可实现速度、方位自动控制，能够自动检测避越障碍物、无线通信等功能并具有良好的扩展性和可移植性。该机器人的无线通信模块中集成了MiCroChip公司的Zigbee协议，为无线传感器网络与移动机器人的协作性研究提供了可能。

介绍了软件设计模式的基本概念和主要特点。分析了已有移动机器人平台控制系统的功能需求，阐述了总线模式的结构及实现机制。运用总线模式设计了机器人控制系统，并在QNX平台下使用标准C＋＋完成了该控制系统的实现。设计实现的控制系统结构合理，具有很强的实时性、可靠性和可扩展性。

针对移动机器人室内定位过程中,单目视觉难适应光照变化、里程计累计误差导致定位误差较大问题,提出边缘侧多传感器融合的定位方法。以稀疏直接法(半直接法)作为单目视觉的前端,实时单目相机估计位姿,通过惯性传感器恢复尺度输出位置信息,并且获取IMU的加速度以及偏航角、里程计当前速度,通过扩展卡尔曼滤波算法融合3种传感器信息,实现更加精确的定位。在移动机器人侧处理传感器读取的信息,从而减小机器人体积。边缘侧混合式多传感器信息融合使移动机器人在单个传感器失效以及无法人为干预时,也能够精确实时地在多种复杂环境中完成自主定位。

闭环检测是移动机器人自主导航以及各种视觉定位的重要组成。近年来随着深度卷积神经网络展,基于卷积描述符的闭环检测与基于手工设计描述符的闭环检测,均在各个系统得到了应用。通过利用深度卷积神经网络实现图像匹配,并将其用于移动机器人的全局定位算法中,对其工程实际表现进行了定量评估以及对比。从所设计的试验方法量化对比出目前主流的描述符在各种场景应用中的优劣性,可知基于AlexNet模型的卷积描述符在各实验中均表现最佳,为图像匹配及其全局定位提供定量参考选择标准。

针对移动机器人运动轨迹容易受到不确定外界因素干扰的问题,采用逆神经网络模型设计移动机器人控制系统。分别采用逆神经网络控制器和传统PI控制器模型对两轮差动移动机器人运动速度和角速度进行跟踪控制。传统PI控制器模型使用了近似于线性的等效负载驱动器,而逆神经网络控制器使用前馈多层感知神经网络模型,该模型结合了其运动学和动力学的数学模型,在特定工作区域内,对逆神经网络模型进行离散训练。在平面内,对移动机器人的速度跟踪控制进行仿真。结果表明:采用PI控制器模型,移动机器人车轮运动速度和角速度与理论值存在较大误差,而采用逆神经网络模型时误差较小。采用逆神经网络模型设计移动机器人速度控制回路,可以提高移动机器人运动性能,更好地适应外界环境的变化。

为解决传统人工势场法在路径规划中存在的缺陷,对目标不可达和局部极小点的情况进行了分析。将引力函数分段,避免引力过大而碰到障碍物的情况;通过引入机器人与目标点之间的距离因子,对斥力势场的生成和计算机制进行改进,以解决障碍物在目标点附近时的不可达问题。在已改进人工势场函数的基础上,提出一种用偏转角度来构建附加牵引力的方法以解决局部极小点问题。在MATLAB中对改进的算法进行了对比仿真实验,实验结果表明了该方法的有效性和可行性。

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。

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求，设计了一种简易的具有避障功能的小型地面移动机器人，阐述了其机构设计及其控制实现。

针对ROS（机器人操作系统）应用在各类移动机器人上的可行性与实用性进行分析。设计以PC机的ROS为主节点,Jeston TK1上的ROS为另一节点,STM32作为小车底盘的运动控制器,阐述了ROS无线图传小车的控制系统的设计方法。重点分析了ROS无线图传小车的控制系统的构建及其使用。实践结果表明,ROS适用于各类移动机器人,该使用极大地提高了开发复杂程度较高的机器人的效率,因此具有一定的实用价值和意义。