机器人定位系统的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着智能移动机器人走进人们的日常生活，在军事、商场、医院、家庭等各种领域发挥着重要作用，人们对智能移动机器人系统的需求越来越迫切，移动机器人研究也进入了崭新的发展阶段。

定位系统是实现移动机器人准确导航控制的重要前提，当移动机器人自主行驶时，必须连续、实时的获得可靠、精确的定位信息。如果不能保证实时准确的定位信息，机器人的后续工作是不可能正确实现的。移动机器人只有准确地知道自身的位置、工作空间中障碍物的位置以及障碍物的运动情况，才能安全有效地进行自主运动。定位是确定机器人在其作业环境中所处位置的过程，更具体地说是利用先验环境地图信息、机器人位姿的当前估计以及传感器的观测值等输入信息经过一定的处理和变换产生更加准确的对机器人当前位姿的估计。应用传感器感知的信息实现可靠的定位是移动机器人最基本、最重要的一项功能也是移动机器人研究中倍受关注、富有挑战性的一个重要研究主题。人们针对机器人的具体作业任务要求和所应用的传感器技术对机器人的定位方法进行了长期、深入的研究，形成了丰富的研究文献，总结、分析、研究当前移动机器人的定位方法将为开发新型智能自主式服务机器人提供有力的帮助。

国外在自主移动机器人定位领域里已经取得了一定的研究成果。例如，由美国cmu机器人研究所研制的nomad机器人，由四轮驱动和导向，采用了测距仪、倾斜仪、陀螺、惯量计和gps等比较传统的仪器结合起来进行定位。在已经获得了地形图的地方，采用全景地平线成像技术进行定位。这些研究成果对于我国在自主移动机器人定位定向领域里的进一步研究将大有裨益。例如，基于全方向彩色图像的机器人自主定位系统：这个系统是在已知环境中，通过由一个全方向的视觉探测系统提供的数据，对机器人进行自主定位。全方向视觉探测系统是由一个摄像头和一种特制的圆锥形反射面构成，它对机器人周围的环境进行光学处理，将采集的信息进行压缩，然后将它们反馈到一个由神经网络和统计学方法构成的学习子系统，在这里学习子系统将采集到的图像信息和机器人的实际位置联系起来，完成机器人的自主定位。还有基于局部特征的机器人辨识与定位的视觉系统：一个机器人辨识和定位系统应该能够解决这样一个问题，即某一标志物是否存在于一幅采集的图像中，如果存在，它在什么位置。这样的系统对于自主移动机器人来说是非常有用的。标志物的模型是建立在局部特征的基础上的。这些局部特征来源于邻近小范围内机器人自动探测到的关键点，将这些关键点和采集到的图像相匹配，就可以完成机器人的自主定位。

2. 研究的基本内容与方案

机器人的定位方式取决于所采用的传感器。移动机器人常用的定位传感器有里程计、摄像机、激光雷达、超声波、红外线、微波雷达、陀螺仪、指南针、速度或加速度计、触觉或接近觉传感器等。与此相对应机器人定位技术可分为绝对定位和相对定位技术两类。绝对定位主要采用导航信标、主动或被动标识、地图匹配或卫星导航技术（gps）进行定位，定位精度较高。这几种方法中，信标或标识牌的建设和维护成本较高，地图匹配技术处理速度慢，gps只能用于室外，目前精度还很差。绝对定位的位置计算方法包括三视角法、三视距法、模型匹配算法等。相对定位是通过测量机器人相对于初始位置的距离和方向来确定机器人的当前位置。通常也称为航位推算法。常用的传感器包括里程计及惯导系统（速度陀螺、加速度计等）。航位推算法的优点是机器人的位姿是自我推算出来的，不需要对外界环境的感知信息，缺点是漂移误差会随时间累积不适于精确定位。

通过查阅相关文献资料，权衡利弊，最终决定使用绝对定位的方式来实现室内机器人的定位。系统将采用射频识别（rfid）技术来实现机器人定位这一目的。射频识别技术是近年来兴起的一门自动识别技术。与传统的条形码、接触式卡等不同,射频识别技术利用无线射频方式,进行非接触双向数据通信,以达到识别和交换数据的目的。具有完成识别工作时无须人工干预,且不易损坏等优点,适合于实现系统的自动化。将rfid技术应用到智能机器人上,利用rfid标签给机器人提供更多的信息,从而更好地控制机器人按照既定目标到达目的地结合标签的唯一性,给装有rfid阅读器的机器人定位。

基本方案思路：采用rfid标签作为信标。将4个标签置于室内四角，标签布置好以后,可以将它的位置（坐标）信息写入标签内。装有rfid阅读器的移动机器人通过天线发送指定频率的射频信号，当rfid标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，然后rfid标签将自身坐标信息通过内置射频天线发送出去；rfid阅读器天线接收到从rfid标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到rfid阅读器信号处理模块，经过解调和解码后将有效信息送至后台主机系统根据相关算法进行处理，从而得到机器人的准确坐标位置。

3. 研究计划与安排

第1周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需硬件和软件。

第2周：确定方案，完成开题报告。

第3-4周：确定硬件设计方案，完成模块的选型和设计。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李文仲，段朝玉等.zigbee2006无线网络与无线定位实战[j].北京航空航天大学出版社，2008

[2]仲欣，吕恬生.基于多传感器信息融合的斜面移动机器人定位新方法[j].机器人，1999,21（5）：321-327.

[3]郭戈，胡征峰，董江辉.移动机器人导航与定位技术[j].微计算机信息，2003，19（8）：10-11.