Mecanum三轮全向移动平台的设计 王宾，马超，温秉权 (军事交通学院军事物流系，天津300161) 摘要：采用基于Mecanum轮的三轮全向移动平台，利用无线遥控单片机控制2个L298N 驱动3个直流电机，从而实现平台的的互成120°三个直线和绕平台中心旋转的正反共8个方向的精确运动。制造了Mecanum三轮全向移动平台样机，为研制遥控探测机器人奠定了基础。 关键词：Mecanum轮；全向移动；探测机器人 中图分类号：TH122 文献标志码：A Design of Three Wheel Omni-direction Mobility Platform Based on Mecanum Wheel WANG Bin，MA Chao，WEN Bing-quan (Department of Military Logistics，Military Transportation University，Tianjin 300161) Abstract：Based on Mecanum wheel of three wheel omni-direction mobility platform, two L298N drive three DC motors through wireless control MCU. Along three fixed concurrent lines meeting at 120°and rotation directions, positive-negative motion of platform was precisely realized. Omni-direction mobility platform prototype was made, it laid the technical foundation for the detecting robot. Key Words: Mecanum Wheel；Omni-direction Mobility；Detecting Robot 1 引言 全向移动机构是世界各国研制的热点，所谓全向是指移动机构在二维平面上从当前位置向任意 方向运动的能力[1]，即在平面内可实现3个及3个以上自由度的运动。Mecanum轮在全向移动机构中的应用具有独特的优势，原因是Mecanum轮固定在悬架上，无需转向装置，控制简单， 本文介绍了笔者所设计的用于遥控探测机器 人的Mecanum三轮全向移动平台，利用无线遥控单片机控制2个L298N驱动3个直流电机，从而实现移动平台的互成120°三个直线和绕平台中心旋转的正反共8个方向的精确运动。 1 Mecanum三轮全向移动平台的设计 1.1 Mecanum轮的设计 如图1所示，Mecanum轮由一组绕轮子轴线a规则排列的自由滚子组成，滚子轴线为b，—般a与b 的夹角为45°。 如图2所示，Mecanum轮轴线a与坐标x轴重合。Mecanum轮在地面上移动时，滚子表面与地面接触点C的运动轨迹是在Mecanum轮圆柱表面上关于轴线a对称分布的具有渐近线(g1，g2)的有理四阶空间 图1 Mecanum轮 Fig.1 Mecanum wheel 图2 Mecanum轮上与地面接触点的运动轨迹 Fig.2 Contact point motion track between Mecanum wheel and floor
移动机器人定位--传感器和技术 摘要 确切的了解车辆的位置是移动机器人应用的一个基本问题。在寻找解决方案时，研究人员和工程师们已经开发出不同的移动机器人定位系统、传感器以及技术。本文综述了移动机器人定位相关技术，总结了七种定位系统：1.里程法；2.惯性导航；3.磁罗盘；4.主动引导； 5.全球定位系统； 6.地标式导航和 7.模型匹配。讨论了各自的特点，并给出了现有技术的例子。 移动机器人导航技术正在蓬勃发展，正在开发更多的系统和概念。因为这个原因，本文给出的各种例子只代表各自的种类，不表示作者的倾向。在文献上可以发现许多巧妙的方法，只是限于篇幅，本文不能引用。 1。介绍 摘要概述了该技术在传感器、系统、方法和技术的目标，就是在一个移动机器人的工作环境中被找到。在测量文献中讨论这个问题，很明显，不同方法的基准比较是困难的，因为缺乏公认的测试标准和规的比较。使用的研究平台大不相同，用于不同的方法的关键假设也大不相同。再进一步，困难源自事实上不同的系统是处在其发展的不同阶段。例如，一个系统已经可以商业化；而另一个系统，也许有更好的性能，却只能实验室条件下作有限的测试。正是由于这些原因，我们一般避免比较甚至判断不同系统或技术的表现。在这篇文章里，我们也不考虑自动引导车(AGV)。AGV使用磁带、地下的引导线、或地面上的彩色条纹在作引导。这些小车不能自由设计路径，不能改变自己的道路，那样它们无法响应外部传感器输入（如避障）。然而，感兴趣的读者可能会在[Everett, 1995]找到AGV引导技术调查。 也许最重要的移动机器人定位文献的阅读结果，正是到目前为止，并没有真正完美的解决问题的方案。许多局部的解决办法大致分为两组：绝对的和相对的位置测量。因为缺乏一种完善的方法，开发移动机器人通常结合两种方法，从每个小组选一个方法。这些方法可以进一步分为以下七类: I：相对位置的测量（也称为Dead-reckoning） 1。里程法 2。惯性导航 II：绝对位置测量（基于参考的系统） 3。磁罗盘 4。主动发射引导 5。全球定位系统 6。地标式导航 7。模型匹配
全向轮移动机器人的设计和控制 050308225 Alex.Wang 摘要 这篇论文介绍一个全向移动机器人作为教育学习。由于它的全向轮设计，这种机器人拥有有各个方向移动的能力。这篇论文主要提供了一些关于常用的和特殊的车轮设计，以及全向轮机械设计方面和电子控制方法：远程控制、自动导航寻迹和自动控制的方法。 1、引言 移动机器人在工业和技术方面应用的重要性正在日益的增加，在无人监控值守、检查作业、运输运送领域已经得到了广泛的应用。一个更加紧俏的市场是移动娱乐机器人的开发。 作为一个全自动的移动机器人，其中一个主要的应用需求是它的空间移动能力，同时能够避免障碍物并且发现去下一站的路径。为了能实现这种任务，能够引导机器人移动的功能如定位、导航必须为机器人提供他当前位置信息，这就意味着，它要借助于多个传感器，外部的状态参考和算法。 为实现移动机器人能够在狭窄的区域移动并且避开障碍物，必须具备良好的移动性能并得到正确而巧妙的引导，这些能力主要取决于车轮的设计。关于这方面的研究正在持续不断的进行，以改善移动机器人系统的自动导航能力。 本篇论文介绍一种全方向的移动机器人作为教育之用。采用特殊的Mecanum轮设计，使这种机器人拥有全部方向的移动能力。论文目前提供一些关于传统的和特殊的车轮设计、机械结构设计以及电路和控制方法、远程遥控、线性跟踪（LINE FOLLOW）、自动控制方面的信息。由于这种机器人的移动能力和它各种控制方法的多样选择性，本章中讨论的机器人可以作为一个非常有趣的教育性平台。这篇论文是一项在Robotics Laboratory of the Mechanical Engineering Faculty, ”Gh. Asachi” Iasi理工大学研究成果的总结报告。
A Matlab-based Simulator for Autonomous Mobile Robots Abstract Matlab is a powerful software development tool and can dramatically reduce the programming workload during the period of algorithm development and theory research. Unfortunately, most of commercial robot simulators do not support Matlab. This paper presents a Matlab-based simulator for algorithm development of 2D indoor robot navigation. It provides a simple user interface for constructing robot models and indoor environment models, including visual observations for the algorithms to be tested. Experimental results are presented to show the feasibility and performance of the proposed simulator. Keywords: Mobile robot, Navigation, Simulator, Matlab 1. Introduction Navigation is the essential ability that a mobile robot. During the development of new navigation algorithms, it is necessary to test them in simulated robots and environments before the testing on real robots and the real world. This is because (i) the prices of robots are expansive; (ii) the untested algorithm may damage the robot during the experiment; (iii) difficulties on the construction and alternation of system models under noise background; (iv) the transient state is difficult to track precisely; and (v) the measurements to the external beacons are hidden during the experiment, but this information is often helpful for debugging and updating the algorithms. The software simulator could be a good solution for these problems. A good simulator could provide many different environments to help the researchers to find out problems in their algorithms in different kinds of mobile robots. In order to solve the problems listed above, this simulator is supposed to be able to monitor system states closely. It also should have flexible and friendly users’ interface to develop all kinds of algorithms. Up to now, many commercial simulators with good performance have been developed. For instance, MOBOTSIM is a 2D simulator for windows, which provides a graphic interface to build environments [1]. But it only supports limited robot models (differential driven robots with distance sensors only), and is unable to deal with on visual based algorithms. Bugworks is a very simple simulator providing drag-and-place interface [2]; but it provides very primitive functions and is more like a demonstration rather than a simulator. Some other robot simulators, such as Ropsim [3], ThreeDimSim [5], and RPG Kinematix [6], are not specially designed for the development of autonomous navigation algorithms of mobile robots and have very limited functions. Among all the commercial simulators, Webot from Cyberbotics [4] and MRS from Microsoft are powerful and better performed simulators for mobile robot navigation. Both simulators, i.e. Webots and MRS, provide powerful interfaces to build mobile robots and environments, excellent 3-D display, accurate performance simulation, and programming languages for robot control. Perhaps due to the powerful functions, they are difficult to use for a new user. For instance, it is quite a boring job to build an environment for visual utilities, which involves shapes building, materials selection, and illumination design. Moreover, some robot development kits have built-in simulator for some special kinds of robots. Aria from Activmedia has a 2-D indoor simulator for Pioneer mobile robots [8]. The simulator adopts feasible text files to configure the environment, but only support limited robot models. However, the majority of commercial simulators are not currently supporting On the other hand, Matlab
文章编号 2 2 2 多功能室外智能移动机器人实验平台)ΤΗΜΡ??Ξ 张朋飞何克忠欧阳正柱张军宇 清华大学智能技术与系统国家重点实验室北京 摘要 本文介绍了清华大学智能技术与系统国家重点实验室研究开发的多功能室外移动机器人实验平台× 2? 以及× 2?的体系结构和部分功能 关键词 移动机器人 临场感 遥控 中图分类号 ×° 文献标识码 ΜΥΛΤΙΦΥΝΧΤΙΟΝΑΛΙΝΤΕΛΛΙΓΕΝΤΟΥΤΔΟΟΡ ΜΟΒΙΛΕΡΟΒΟΤΤΕΣΤΒΕΔ ΤΗΜΡ?? ° 2 ∞ 2 ≠ 2 ∏ ∏ 2 ∏ ΤσινγηυαΥνι?ερσιτψΣτατεΚεψΛαβορατορψοφΙντελλιγεντΤεχηνολογψανδΣψστεμσ Αβστραχτ × ∏ × 2? ∏ ∏ ∏ √ × ∏ √ Κεψωορδσ 1引言 Ιντροδυχτιον 现代电子技术!计算机软!硬件技术!人工智能技术!模式识别技术!自动控制技术的飞速发展 促进了室外移动机器人导航!控制技术的进步和功能的增多 随着国际间高科技领域竞争的日益激烈 多功能室外移动机器人必将会在各行各业得到广泛应用 如今在军事应用领域 室外机器人被寄予替代人类自动执行某些日常性与危险性军事任务的厚望 比如在军事场地巡逻!侦察!和监视以及在生物!化学!核试验场作业等 而在高速公路上利用视觉信息识别行车道实现自动驾驶或辅助驾驶又是当前国际国内移动机器人研究领域和智能交通系统研究领域的热门研究方向 作为科研机构 开发一种能适应各种环境 满足多种要求的多功能室外移动机器人实验平台势在必行 在这种科研背景下 清华大学智能技术与系统国家重点实验室智能移动机器人课题组在由国防科技预研九五重点项目/地面军用智能机器人2临场感遥控系统0资助下 与国防科技大学!南京理工大学!浙江大学!北京理工大学合作研究地面军用智能移动机器人的同时 又在国家高技术研究发展计划 计划 项目/智能机器人关键技术)基于多传感器的智能决策与控制技术的研究0和/基于多传感器信息融合的室外移动机器人监督式导航技术的研究0的资助下 独立开发了多功能室外智能移动机器人实验平台× 2? 目前× 2?已经具备了以下功能 #校园道路网环境中的低速!中速全自主行驶 #校园网道路环境中的临场感遥控驾驶 #高速公路车道分界线的快速视觉检测 #高速公路环境中的部分辅助驾驶工作 #校园网道路环境中的侦察 与清华大学智能与系统国家重点实验室多媒体交互与媒体集成分室合作 × 2?研究的近期目标 #高速公路环境中的全自主行驶 #实现在校园道路网环境中基于视觉的监控下半自主行使 × 2?研究的远期目标 #结合智能交通系统的研究 增强!增多在高速 第 卷第 期 年 月机器人ΡΟΒΟΤ? Ξ收稿日期
一种全向移动机器人 的实现 --------------------------------------------------------------------------作者: _____________ --------------------------------------------------------------------------日期: _____________
机械电子学 学院：机电工程学院 专业：机械设计及理论 班级：研1501 学号： 姓名：鹿昆磊 指导教师：李启光 日期： 2016年5月13日 一种全向移动机器人的设计
摘要:轮式机器人作为移动机器人中的重要分支之一,由于其承载能力强、定位精度高、能源利用率高、控制简单等优点，长久以来一直受到国内外研究人员的关注。移动机器人的研宄涉及到控制理论、计算机技术和传感器技术等多门学科。因此,对轮式移动机器人进行研宄具有一定的意义。本文对四轮独立驱动和转向移动机器人的机械结构设计、运动学以及控制程序设计进行了分析研宄。 关键词：移动机器人；四轮独立驱动和转向； As one of the important branch of mobile robotics, wheel mobile robot has long been paid attention to by the research people at home and abroad for its high load ability, positioning accuracy, high efficiency, simple control, etc. Mobile robot has close relation to many technologies such as control theory, computer technology, sensor technology, etc. Therefore, research on the mobile robot has important significance. KEYWORDS: Mobile Robot; Four Wheel Drive and Steering; 0 前言 机器人技术的发展对人类社会产生了深渊的影响。首先,机器人被使用在那控需要重复劳动的场合,它不仅能够很好的胜任人类的工作,还可以更有效、快捷地完成工作任务。其次,在一些危险、有毒等场合,机器人也被用来代替人类去完成相应的工作。最后,机器人被运用在那些人类暂时无法到达的地方,例如深海、空间狭窄等地方。 陆地移动机器人大致分为轮式移动机器人、腿式移动机器人、履带式移动机器人、跳跃式移动机器人等几种。其中轮式移动机器人以其承载能力强、驱动和控制简单、移动方便、定位精准、能源利用率高、现有研宄成果较多等良好的表现更受科研人员热捧,许多科研人员纷纷加入其中作进一步研究、探索。 本文使用45度麦克纳姆轮，四轮独立驱动形式工作，在平面内可以实现3自由度运动，它非常适合工作在空间狭窄、有限、对机器人的机动性要求高的场合中[1]。 1 工作原理 单独的麦克纳姆轮无法实现全方位移动，需要多个( 至少4个) 才能组成全方位移动平台。因此，有必要对全方位移动平进行运动学分析，以便为全方位移动平台控制算法提供理论依据。 图1是一种麦克纳姆轮，典型的采用4个麦克纳姆轮的全方位移动平台如图2所示，图中车轮斜线表示轮缘与地面接触辊子的偏置角度，滚子可以实现2自由度的运动，一个是绕车轴旋转的运动和一个绕滚子轴向的旋转运动。 以移动平台中心O点为原点建立 全局坐标系, 相对地面静止; 是车轮 i中心。在平面上，全方位移动平台具有 3 个自由度，其中心点O 速度车轮绕轮轴转动的角速度是，车轮中心的速度是，辊子速度是。 图1 麦克纳姆轮
基于行为设计的自主式小型机器鼠系统研究 学生：谢群指导老师：周伦 单位：机械工程学院机械工程与自动化2003级 摘要 移动机器人是近年来发展起来的一门综合学科，集中了机械、电子、计算机、自动控制以及人工智能等多学科最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就。移动机器人在工业生产中常用来完成运输和上下料等任务，同时也被广泛用于农业、医疗等不同行业。 在移动机器人相关技术研究中，路径规划技术是一个重要研究领域[17]。本文首先初步讨论总结了目前主要的路径规划技术。从基于事例、基于环境模型和基于行为三个方面全面而系统地综述了移动机器人路径规划技术的研究现状，对于目前普遍采用的路径规划方法及其实际应用情况进行了较为详细介绍和分析。 基于行为的方法是由MIT的Brooks在他著名的包容式结构[42]中建立，它是一门从生物系统得到启发，而产生的用来设计自主机器人的技术，也是本文所重点研究的目标。它采用类似动物进化的自底向上的原理体系，尝试从简单的智能体来建立一个复杂的系统。将其用于解决移动机器人路径规划问题是一种新的发展趋势，它把导航问题分解为许多相对独立的行为单元，比如跟踪、避碰、目标制导等。这些行为单元是一些由传感器和执行器组成的完整的运动控制单元，具有相应的导航功能，各行为单元所采用的行为方式各不相同，这些单元通过相互协调工作来完成导航任务。 基于行为的机器人学反对抽象的定义, 因此采用具体化的解释更适合该领域的哲学思想。基于行为的机器人学的重要研究内容是系统结构而不是算法, 基于行为设计的机器人在非结构化动态环境中的性能非常优越，用基于符号的机器人学设计的类似机器人无法达到如下性能: a.高速度,高灵活性。在动态复杂环境中的移动速度很快； b.高鲁棒性。可以承受局部损坏； c.高效性。软件代码可以是传统的几百分之一,硬件可以是传统的几十分之一； d.经济性。价格是传统的十几分之一； e.可扩展性。很少改变原有系统便可增加性能； f.可靠性。分布式自组织并行工作,可靠性强。 为进一步研究基于行为的规划方法，而引入一个真实环境及任务模型，即IEEE每年举办的微型机器鼠比赛，通过设计基于行为的机器鼠模型论证该算法的可行性。此项比赛要求机器人能
计算机辅助设计报告 三轮全向移动机器人 运动控制仿真 9004 余杨广 9019 沈阳 9031 陈斌 人员分工： 余杨广：总体负责，系统理解及控制器设计，PPT制作，后期报告审查及修改 陈斌：PPT制作，报告撰写 沈阳：资料收集，辅助其余两人完成任务
目录 一、............................................................. 实验目的 错误!未定义书签。 二、实验原理..............................................错误!未定义书签。 控制对象——三轮全向机器人..........................错误!未定义书签。 控制系统结构.........................................错误!未定义书签。 三、实验内容..............................................错误!未定义书签。 电机模型..............................................错误!未定义书签。 物理建模..........................................错误!未定义书签。 Simulink模块搭建................................错误!未定义书签。 无刷直流电机仿真模型的验证........................错误!未定义书签。 运动学模型............................................错误!未定义书签。 物理建模..........................................错误!未定义书签。 Simulink模块搭建................................错误!未定义书签。 路径规划.............................................错误!未定义书签。 . 传感器设计..........................................错误!未定义书签。 .控制器设计...........................................错误!未定义书签。 电机控制器设计...................................错误!未定义书签。 运动控制器设计..................................错误!未定义书签。 观测器...............................................错误!未定义书签。 四、结果验收..............................................错误!未定义书签。 x轴方向的误差.......................................错误!未定义书签。 y轴方向的误差.......................................错误!未定义书签。 前进方向偏角.......................................错误!未定义书签。 速度误差.............................................错误!未定义书签。 五、致谢..................................................错误!未定义书签。 六、附录（路径规划函数）..................................错误!未定义书签。
移动机器人的发展史和应用领域 移动机器人的发展史和应用领域电子元件知识11月29日讯，智能移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 移动机器人的研究始于60年代末期。斯坦福研究院（SRI）的NilsNilssen和CharlesRosen 等人，在1966年至1972年中研发出了取名Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。 什么是移动机器人？ 根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人（单腿式、双腿式和多腿式）、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型；按工作环境来分，可分为：室内移动机器人和室外移动机器人；按控制体系结构来分，可分为：功能式（水平式）结构机器人、行为式（垂直式）结构机器人和混合式机器人；按功能和用途来分，可分为：医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人等； 一种由传感器、遥控操作器和自动控制的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险、恶劣（如辐射、有毒等）环境下作业和人所不及的（如宇宙空间、水下等）环境作业方面，比一般机器人有更大的机动性、灵活性。 移动机器人是一种在复杂环境下工作的，具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器
移动机器人控制系统的发展方向 摘要随着计算机技术、传感器技术的不断发展，对于机器人领域的发展具有一定的促进作用。而由于移动机器人具有能够自治与移动的特征，在机器人领域处于核心地位。在复杂、危险的环境中，移动机器人所发挥的作用是有目共睹的。对此，对当前国内外较为常见的移动机器人控制系统进行剖析，并在此基础上论述了该领域的未来发展方向。 【关键词】移动机器人控制系统发展方向 移动机器人属于能够自动执行工作任务的机器，不但能够按照事先编译的程序运行，同时人类还可对其指挥。当前主要被运用在生产业、建筑业以及航空航天领域，而该领域的发展情况直接关系到国家综合实力的提升速度，对此加强对移动机器人控制系统的发展情况，以及未来发展方向的研究势在必行。 1 国内外常见的移动机器人控制系统 相对于国内在移动机器人的研究状况，能够看出国外在该领域的研究是较早的，其中具有代表性的有Saphira、TeamBots以及ISR。而在国内方面，代表性的有OSMOR、ZJMR以及Agent。下面，便对较为常用的控制系统进行介绍：
1.1.1 Saphira控制系统 Saphira控制系统是移动机器人领域中最早的系统，是有SRI国际人工智能中心在1990年所研发的，此系统是基于本地感知空间的共享内存与黑板，来实现协调与通信进程。由于Saphira是采用C语言来进行开发的，同时支持Windows 与Unix系统，因此具有文档资料相对完整、系统资源占用少等特征。但是需注意的是，由于Saphira系统在定位方面无法达到当前的实际需求，因此运用是相对较少的。 1.1.2 TeamBots控制系统 本系统是基于Java包与Java应用程序而构建的，经过20余年的发展后，此系统截止到目前已经被运用到多种类型的机器人平台当中。除此之外，在适用的操作系统方面，其中具有代表性的有Windows、MacOS以及Linux等，因此其运用的范围是更加广泛的。 1.1.3 ISR控制系统 ISR是基于行为的控制模式，其中是有任务执行层、反映层以及推理层所构成的，是有CAS研究中心所研发的。其中，任务执行层的作用是执行推理层所传输的指令；反映层其中包含资源、控制器以及行为；推理层的功能是根据用户的指令来对决策进行制定。此外，ISR控制系统仅能够在Linux中进行操作，并且没有公开化使用。
浅谈全向轮机器人三位一体定位方法 摘要：在亚太机器人国内选拔赛中，各大高校制作的机器人都是全向轮机器人，基于全向轮定位使用最多的是码盘定位。但码盘行走存在误差，适合于短距离的移动。对于长距离的行走，误差比较大。因此，文章提供一种新式的定位方法，即码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位方法。码盘计算机器人行走距离，陀螺仪给出机器人当前姿态角，激光雷达用于辅助定位。 关键词：全向轮；码盘；陀螺仪；激光雷达 中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0078-02 在各大比赛中，轮式机器人车轮一般都选用全向轮。基于全向轮的底盘定位大多是码盘定位。机器人在行走的过程中有平动，也有转动，仅靠码盘来定位存在很大的误差，定位和姿态角计算也比较困难。因此，本文提供一种新式的定位方法。 1 码盘-编码器 码盘其实是一种全向轮，可以实现任意方向上的行走。编码器主要用于测量机器人走过的路程和当前的速度。综合考虑，我们选增量式编码器。增量式编码器每转一圈会输出
固定的脉冲，脉冲数由光栅的分辨率和倍频决定，可以实现多圈无限累加计数。 2 陀螺仪 用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交 于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置称为陀螺仪。主要用于检测角位移和角速度，具有很高的灵敏度。陀螺仪存在误差，所以使用前需要校正。陀螺仪的线性误差可以通过实验测量测出。即把陀螺仪放在旋转平台上一定角度，观测其返回的值，判断是否有误差。若有误差，则可以多次测量进行线性补偿。 3 激光雷达 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。工作原理：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，目标进行探测、识别。利用激光雷达的这个原理，可以用它发出激光束扫射场地上固定位置的物体，通过返回来的激光束来测量机器人到固定位置物体距离，从而得出机器人在场地上的坐标。 4 定位算法 本定位方案采用双码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位
移动机器人的自主导航控制 一、研究的背景 移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、计算机技术、机械工程、电子工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、国防、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在排雷、搜捕、救援、辐射和空间领域等有害与危险场合都得到很好的应用。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。 在自主式移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其研究核心，同时也是移动机器人实现智能化及完全自主的关键技术。导航是指移动机器人通过传感器感知环境信息和自身状态，实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动。导航主要解决以下三方面的问题:(l)通过移动机器人的传感器系统获取环境信息;(2)用一定的算法对所获信息进行处理并构建环境地图;(3)根据地图实现移动机器人的路径规划及运动控制。 二、相关技术 移动机器人定位是指确定机器人在工作环境中相对于全局坐标的位置，是移动机器人导航的基本环节。定位方法根据机器人工作环境的复杂性、配备传感器种类和数量等方面的不同而采用多种方法。主要方法有惯性定位、标记定位、GPS定位、基于地图的定位等，它们都不同程度地适用于各种不同的环境，括室内和室外环境，结构化环境与非结构化环境。 惯性定位是在移动机器人的车轮上装有光电编码器，通过对车轮转动的记录来粗略地确定移动机器人位置。该方法虽然简单，但是由于车轮与地面存在打滑现象，生的累积误差随路径的增加而增大，导致定位误差的逐渐累积，从而引起更大的差。 标记定位法是在移动机器人工作的环境里人为地设置一些坐标已知的标记，超声波发射器、激光反射板等，通过机器人的传感器系统对标记的探测来确定机器人在全局地图中的位置坐标。三角测量法是标记定位中常用的方法，机器人在同一点探测到三个陆标，并通过三角几何运算，由此可确定机器人在工作环境中的坐标。标记定位是移动机器人定位中普遍采用的方法，其可获得较高的定位精度且计量小，但是在实际应用中需要对环境作一些改造，添加相应的标记，不太符合真正意义的自主导航。 GPS定位是利用环绕地球的24颗卫星，准确计算使用者所在位置的庞大卫星网 定位系统。GPS定位技术应用已经非常广泛，除了最初的军事领域外，在民用方面也得到了广泛的应用，但是因为在移动导航中，移动GPS接收机定位精度受到卫 星信号状况和道路环境的影响，同时还受到时钟误差、传播误差、接收机噪声
? 183 ? ELECTRONICS WORLD?技术交流 基于麦克纳姆轮全向移动平台的自主跟随系统 北京联合大学 琚 玲 薛 鹏 全向移动平台具有灵活、转向空间小和x方向与y方向独立运动的优势，广泛应用于船舶、航天、仓库工业移动运输等领域，但大部分都是传统物料运载方式，在搬运效率、劳动力的利用率和精准度上面具有很大缺陷，所以我们设计了可以识别目标并接受引导、能精准地在一些要求较高的地方满足人们的需求的全向移动平台自主跟随系统来打破这种方式，提供更为智能的全向移动方案。本设计基于麦克纳姆轮的全向智能移动平台技术，结合了OpenMV智能摄像头的图像识别分析功能，实现了捕捉和识别到目标图像并进行动态跟随，以达到高精度的轨迹跟踪功能。 引言：随着科学技术的不断发展，全向移动平台技术在航天、军事、建筑、交通、工业及服务业等领域已取得广泛的应用和发展，主要是航天器产品的总装对接和工序流转、军队后勤物资运送、工业厂区的移动运输等应用，但都是传统物料运载方式。 有感于军队里的大狗机器人（在军队后勤中担负着物资运输的任务，可以通过单兵引导进行携带成吨武器弹药和食物等补给品到前线）的设计，我们希望设计一个可以识别目标并接受引导、能精准地在一些要求较高的地方满足人们的需求的智能机器人。因此，基于麦克纳姆轮的全向移动平台技术，我们设计了可以进行图像识别的自主跟随系统来打破了传统物料运载方式，提供了更为智能的全向移动方案。 本设计由于加入了OpenMV智能摄像头，可以对目标事物进行识别和标记，进而进行自主跟随，还可以达到一人多控，小队自主跟随相互协调并结合全向底座灵活地完成任务，不但提高了工作效率而且在某种程度上解放了相应的劳动力，这在工厂节约生产成本上具有重要意义。而在生活应用方面，该系统可延伸的功能例如自主跟随的移动背包、医院病历及资料的自主传递等具有更简便的实际操作性，这将给人们的生活品质带来飞跃性变化。 1.前景预测 麦克纳姆轮全向移动平台具有非常好的灵活性，随着科技的进步和智能化的世界潮流，“智能”必然是全向移动平台的大势所趋。本设计符合科技发展方向，也跟得上智能化的世界潮流，那么我们设计的自主跟随系统的应用前景必然广阔。 在航空、航天、武器装备或大型物流领域，它能够大幅度提高产品装配的工作效率，具有定位精度高，人员操作便利等优点，根据现在发展的不足和新技术、新市场的推动情况，我们的自主跟随系统还表现出以下的应用需求和发展趋势。 ●在军队中，该产品可以识别自己的主人而免除遥控操作，进一步解放士兵甚至达到一个士兵可以管理多个机器人的目的。 ●在工业上能完成复杂的高精度操作，进行小队自主跟随，相互协调并通过全向底座灵活的完成任务，在提高工业运输效率的同时减少劳动力成本以获取最大利润。 ●生活中，它可以为出行的人们充当移动背包，可以进行医院病历及资料的传递，还可以满足某些家庭及社区服务，为人们提供便利。 2.设计创新点 ●本设计结合了OpenMV摄像头的图像识别分析功能实现了自主跟随目标事物的功能。 ●本设计以麦克纳姆全向移动平台技术为基础实现了能沿平面上任意连续轨迹行走（如横行、斜行、以零回转半径的方式原地旋转任意角度的运动）并且可进行点动式位置微调，满足精确定位和高精度轨迹跟踪的要求。 ●本设计可编译基于microPython机器视觉算法，OpenMV摄像头可以通过Python语言调用OpenMV库进行图像识别算法进行编程。 ●本设计在做模型时使用的是大容量聚合物电池，实际应用中选用太阳能电池。 3.系统关键设计 3.1 系统硬件设计 （1）系统核心控制部分采用STM32单片机处理器。 （2）系统信息采集硬件部分采用OpenMV智能摄像头。 （3）使用了L298N驱动模块进行驱动。 （4）使用LCD扩展屏实时显示摄像头观测图像。 3.2 系统设计要点 （1）运用STM32单片机结合L298N驱动实现控制麦克纳姆全向移动平台的移动和姿态调整。 （2）通过Openmv摄像头对信息进行初步采集和处理为MCU 提供指定目标的信息，并将初步处理的信息反馈给MCU。 （3）运用Python设计图像处理算法和对于特定目标的自动跟随算法。 3.3 系统软件设计 （1）应用Python语言对OpenMV智能摄像头进行编程，使其能正确处理捕捉到的图像信息从中提取出关键目标的图像坐标位置，并通过所设计的算法对它进行处理并将所得初步结果由接口反馈给STM32主控MCU。 （2）应用c语言和keil软件对STM32单片机进行编程，设计算法使其能够对来自OpenMV摄像头的反馈信息进行进一步处理，并将处理结果应用于控制电机带动麦克纳姆轮全向平台调整自身姿态和进行自动跟随等特定的运动的控制。 鸣谢：该项目的研究成果基于北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目经费资助，项目编号201811417XJ058。
移动机器人的发展现状及其趋势 ◆徐国华谭民 中科院自动化研究所 —、引言 机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代,就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面,首先,要考虑移动方式,可以是轮式的、履带式、腿式的,对于水下机器人,则是推进器。其次,必须考虑驱动器的控制,以使机器人达到期望的行为。第三,必须考虑导航或路径规划,对于后者,有更多的方面要考虑,如传感融合,特征提取,避碰及环境映射。因此,移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究,提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题,引起越来越多的专家学者和工程技术人员的兴趣,更由于它在军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景,使得对它的研究在世界各国受到普遍关注。 二、移动机器人发展现状 从移动方式上看,移动机器人可分为轮式、履带式、腿式(单腿式、双腿式和多腿式)和水下推进式。本文重点放在轮式、履带式机器人,对水下机器人和两足人形机器人不做详细讨论。 1.国外移动机器人的发展概况 1.1室外几种典型应用移动机器人 美国国家科学委员会曾预言:“20世纪的核心武器是坦克,21世纪的核心武器是无人作战系统,其中2000年以后遥控地面无人作战系统将连续装备部队,并走向战场”。为此,从80年代开始,美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了地面天人作战平台的战略计划。从此,在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕,如DARPA的“战略计算机”计划中的自主地面车辆(ALV)计划(1983—1990),能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划(RIPS)(1986—1995),以及后来的空间机器人计划;日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划;欧洲尤里卡中的机器人计划等。 初期的研究,主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理,并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高,导致室外机器人的研究未达到预期的效果,但却带动了相关技术的发展,为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验,同时,也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发。进入90年代,随着技术的进步,移动机器人开始在更现实的基础上,开拓各个应用领域,向实用化进军。 由美国NASA资助研制的“丹蒂II”八足行走机器人,是一个能提供对高移动性机器人运动的了解和远程机器人探险的行走机器人。它与其他机器人,如NavLab,不同之处是它于1994年在斯珀火山的火山口中进行了成功的演示,虽然在返回时,在一陡峭的、泥泞的路上,失去了稳定性,倒向了一边,但作为指定的探险任务早己完成。其它机器人在整个运动过程中,都需要人参与或支持。丹蒂计划的主要目标是为实现在充满碎片的月球或其它星球的表面进行探索而提供一种机器人解决方案。 美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星,这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险,又开始了新一代样机的研制,命名为R ock y7,并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。 德国研制了一种轮椅机器人,并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中,进行了超过36个小时的考验,所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的。 ·7·