移动机器人障碍物检测仿真技术研究(2)
1 绪论
1．1 引言
利用自身所带的传感器获取并分析环境信息，依据其给出相应的策略并执行是现代自主移动机器人的基本功能，可以说移动机器人就是一个人工智能体。随着研究的不断深入和技术的不断改进，移动机器人在灵活性和适应能力等诸多技术方面都有了较为成熟的成就，它已被广泛应用于各行各业，如工业上机器人的实现，农业上自动插秧、喷洒农药机器人，以及社会服务行业中的例子，全世界各国也越来越重视移动机器人技术的研究和探索。
在移动机器人研究的众多领域中，导航技术算是其核心之一。最初对导航的研究较为简单，因其前提是基于环境结构已知的情况，研究机器人如何自主地从起始状态运动到目标状态的过程，这就省去了许多判断环境结构的过程，其他的过程依赖于此就较为明确。基于这样的前提，像诸如移动机器人的定位以及环境信息的处理等很多问题都变得相对简化。导航过程主要包括：路径规划、定位和环境信息的处理，以及基于传感器信息的避障等步骤。
由于研究的不断深入和领域的不断扩展，非结构环境特别是在未知环境下移动机器人导航技术的研究成为机器人研究中的一大焦点[1]。由于环境信息未知，机器人如何利用传感器获取到的自身位姿及环境信息来进行自主导航成为该领域的一大难点。此外，移动机器人如何使用这些信息精确地创建未知环境的地图也是具有挑战性的任务。本次研究就是基于此的一项值得钻研的课题。
1．2 移动机器人导航技术研究现状
3. 移动机器人导航技术的应用
机器人导航技术根据不同领域的应用提出了不同的要求，这就需要根据实际给出相应的导航方式、定位方法、路径规划策略，使得机器人不但能满足基本的工作要求，而且具备更高的智能，以便更好地为人类服务。
（1）制造业领域
如物流配送领域，自动引导运输车最先采用的是电磁方式。目前该引导车已得到广泛的应用，并逐渐发展为激光导航、视觉导航和陀螺导航。
（2）非制造业领域
美国Roomba系列的自主清洁机器人，采用红外导航技术自主完成房间的清扫工作，并且能够自动返回充电[7]。日本研发出一种农药喷洒机器人，先在地下预埋电缆，机器人可以根据电缆产生的磁场行进，该导航方式即电磁导航。沈阳新松机器人股份有限公司研发的第二代服务机器人能在及时避开障碍物的情况下完成自主行走于室内环境，其导航方式采用视觉、超声波和罗盘相结合[7]。
（3）特殊环境
如救援机器人的研制，它具备避障，爬坡自主导航的能力，使其能够在特殊的危险环境下代替人类进入环境进行勘探甚至救援。再如CR系列的AUV除了采用惯性导航之外，还采用超声波的方式[8]，即机器人在水下时采用惯性测量和超声波方式，当机器人浮上水面则采用GPS[9]。
综上所述，移动机器人导航研究已然收获了可观的成效。随着应用领域的不断扩展和应用复杂性的增大，对导航和相关技术还有很多的要求和期望，这也是众多学者不懈努力的原因。
1．3 课题研究的目的和意义
本次研究的课题为“移动机器人障碍物检测仿真”，课题来源于“自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题”。本课题意在研究移动机器人如何在环境未知的情况下，通过自身所带传感器获取到的自身位姿及周围环境信息规划出一条可行高效的路径，使其能够覆盖整个室内环境，并通过一定手段采集环境中的障碍物信息，以此尽可能精确地完成地图创建工作。