机器人技术及其视觉论文.

课程名称: 机器人技术及视觉学院: 机电工程学院专业: 仪器仪表工程姓名: **

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0.引言

近年来，随着科学技术的发展，机器人的应用日趋广泛，联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”而移动机器人作为机器人学中的一个重要分支，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。

移动机器人融合运动控制与执行、动态决分析、感知环境等功能于一体。移动机器人是机电一体化技术与产品的典型代表，其涵盖了机械设计技术、电子技术、计算机技术、传感器技术、信息处理及自动化控制工程等多项技术，在科学技术领域较为活跃。由于科研人员对机器人的研究越来越深入，机器人的各项指标和要求逐步实现，其应用范围也愈加广泛，普遍应用于工、农、医、服务等民用领域，而且在防恐防暴、军事和外空探测等领域也到达不可替代的作用。

移动机器人可以在条件复杂的环境中工作，具有自主能力的机器人，集中了机械、电子。计算机等技术。机器人学是一门学科交叉的综合性学科，机器人技术在工业领域显得尤为重要，可以说现代的工业发展离不开机器人技术。基本的机器人由执行机构、控制系统、驱动装置、检测装置等四个主要的模块组成。

移动机器人在工业、农业、医疗、军事、服务等领域的价值不言而喻，而在外太空探测、海洋资源开发、核能开发等领域的应用前景极为明朗。机器人按应用的场合和性质不同主要分为民用机器人、工业机器人、军事机器人和探索机器人等四类。

2014年巴西世界杯，对于治安混乱的里约热内卢来说，赛事安全成为一大隐患。为了应对安保挑战，巴西政府一次性采购了30台iRobot公司生产的小型军用机器人Packbot（图1）用于安保工作。而在此之前，该军用机器人已在各地大批的服役，在爆炸物探测与清除、危险物质侦测、放射性和核侦查及危险物品处置等方面表现异常出色，拯救无数生命。

移动机器人的应用十分广泛，极大地解放劳动力，创造了更大的价值，如工厂的流水线。移动机器人在外太空探测时也是极为重要的。美国和前苏联的外太空探测机器人技术水平很高，这两个国家多次对月球表面进行了探测，如美国的Apollo号登月飞船和前苏联的Lunokhod探测车都登上了月球，出色的完成探测

任务。当时国Apollo计划使用的是有人驾驶的月球车，未能实现真正意义上的的自主控制，所以并非完全意义上的探月机器人。如今美国在经过一系列的对火星的探测任务后，已经研发了真正意义上的探月机器人，如勇气号（图2）、好奇号（图3）、机遇号等，我国自主研发的月球探测机器人玉兔号（图4），都是移动机器人技术尖端的代表。

图1 小型军用机器人Packbot

图2 勇气号探测机器人图3 好奇号探测机器人

图4 玉兔号月球车

由移动机器人技术的重要性可见，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

1.国内外研究现状

移动机器人的研究内容与其应用环境、移动方式等有密切的联系，所以在设计时应充分地考虑各项因素。不同的移动机器人有很多的共同的技术原理，依据各类传感器技术可以研发合适的传感器，传感器相当于人的五官一样感觉周围环境，控制技术可以研发控制器，控制器相当于人的大脑，控制各机构的运动。移动机器人按移动结构可分为轮式机器人、履带式机器人、足式机器人、混合式机器人和特殊式机器人等四类。不同的移动结构适用于不同的环境，如轮式机器人适用于较为平坦的环境，而履带式机器人适用于山地环境。移动机器人有三种主要的控制方式，分别为遥控、监控和自治控制，自治型移动机器人涵盖了普通机器人的所有技术，并综合运用人工智能技术，是机器人技术的尖端代表。

中国科学院院士吴宏鑫同样认为，作为世界第一大机器人消费国，我国机器人产业市场前景广阔。但他指出，我国企业最大的毛病就是不扎实，“没有质量,没有可靠性，就没有市场。一台机器人，维修的时间比干活的时间还长，这样的产品不可能有市场。所以要狠抓可靠性，狠抓质量，狠抓产业化，比产品和水平，扎扎实实创造出有中国特色的机器人。”

机器人的技术水平很大程度地反映了一个国家科研能力的强弱。与美国、日

本等机器人技术水平较高的国家相比，我国是机器人“王国”的后来者。但是经过不断地努力和发展，中国机器人技术在国际上已经有立足之地。我国机器人产业的“龙头”企业新松机器人自动化股份公司,机器人产业线覆盖工业机器人、洁净机器人、移动机器人、特种机器人和服务机器人，公司市值已达354亿元,进入全球机器人行业前三甲，仅次于ABB和FANUC。

我国在移动机器人研究领域起步相对于发达国家而言较晚，但是经过多年的攻坚克难，亦可谓后起之秀，在机器人领域已硕果累累，但是问题也逐步显现，仍需努力。

导航与定位、通信技术、控制技术及智能化等因素制约了机器人技术研究的发展。如今，电子技术的速发展日新月异，传感器技术的不断创新，使得机器人技术的发展也加快，移动机器人技术得到完善，机器人应用已逐步向各领域进军。功能实用化、多样化和智能化的机器人将是机器人研发的方向。可以畅想未来，机器人将遍布人类的工作和生活中。

世界各国对移动机器人越来越重视从某种程度上看，机器人技术的水平高低与否反映了一个国家的科技先进的程度。

在工业生产中，机器人代替工人生产，极大地解放了劳动力和发展了生产力，促进了经济的发展；在军事应用中，机器人的重要性体现的淋漓尽致，最大程度地减少了伤亡，甚至对战争的成败起到了决定性的作用。美国国防部为此还专门成立了一个紧急医疗救助小组，该小组在机器人的配合下，在战场上对伤员的救助方面取得了重大的成果；在抢险救灾中，机器人可以做到更多的奇迹，如对生命的探测等，目前，麻省理工大学、哈佛大学和首尔国立大学已设计出蚯蚓机器人。

2.机器人双目图像采集系统的发展现状

随着半导体、微机电、嵌入式系统的高速发展，机器人已可逐渐替代人们完成各种危险甚至无法完成的工作。在工程应用中，机器人的单视觉传感器可搜索并抓拍目标物体，提供轮廓形状及相应的大致位置信息，可实现一些难度较低且要求不高的工作场合。相比之下，具有双目视觉传感器的立体视觉系统可提供具体的距离信息及更加逼真的物体图像，更加利于后续动作的判断，在一些操作精