机器人路径规划

机器人路径规划

冯赟:机器人路径规划方法研究

1绪论

1.1机器人简介

1.1.1什么是机器人

机器人一词不仅会在科幻小说、动画片等上看到和听到，有时也会在电视上看到在工厂进行作业的机器人，在实际中也有机会看到机器人的展示。今天，说不定机器人就在我们的身过，但这里我们要讨论的是什么是机器人学研究的机器人。

robot)一词来源下1920年捷克作家卡雷尔 . 查培克(Kapel Capek)机器人( 所编写的戏剧中的人造劳动者，在那里机器人被描写成像奴隶那样进行劳动的机器。

后来作为一种虚构的机械出现在许多作品中，代替人们去完成某些工作。20世纪60年代出现了作为可实用机械的机器人。为了反这种机器人同虚构的机器人及玩具机器人加以区别，称其为工业机器人。

工业机器人的兴起促进了大学及研究所开展机器人的研究。随着计算机的普及，又积极地开展了带有智能的机器人的研究。到70年代，机器人作为工程对象已经被确认，机器人一词也受到公认。目前，机器人学的研究对象已不仅仅是工业机器人了。

即便是实际存在的机器人，也很难把它定义为机器人，而且其定义也随着时代在变化。这里简单地反具有下述性质的机械看作是机器人:

1. 代替人进行工作:机器人能像人那样使用工具和机械，因此，数控机床和

汽车不是机器人。

2. 有通有性:既可简单地变换所进行的作为，又能按照工作状况的变化相应

地进行工作。一般的玩具机器人不能说有通用性。

3. 直接对个界作工作:不仅是像计算机那样进行计算，而且能依据计算结果

对外界结果对外界产生作用。

机器人学把这样定义的机器人作为研究对象。

- 1 -

郑州大学电气工程学院毕业设计(论文)

1.1.2机器人的分类

机器人的分类方法很多，这里我们依据三个有代表性的分类方法列举机器人的

种类。

首先，由天机器人要代替人进行作业，因此可根据代替人的哪一个器官来分类: 操作机器人(手):利用相当于手臂的机械手、相当于手指的手爪来使物体协

作。

移动机器人(腿):虽然已开发出了2足步行和4足步行机器人，但实用的却是

用车轮进行移动的机器人。(本文以轮式移动机器人作为研究对象) 视觉机器人(眼):通过外观检查来除掉残次品，观看人的面孔认出是谁。虽然

还有使用触觉的机器人，但由于它不是为了操作，所以不能说是触觉机器人。

也还有不仅代替单一器官的机器人，例如进行移动操作，或进行视觉和操作的

机器人。

其次，按机器人的应用来分类:

工业机器人:可分为搬送、焊接、装配、喷漆、检查等机器人，主要用于工厂

内。

极限作业器人:主要用在人们难以进入的核电站、海底、宇宙空间等进行作为

的机器人。也包括建筑、农业机器人等。

娱乐机器人:有弹奏乐器的机器人、舞蹈机器人、宠物机器人等，具有某种程度的通用性。也有适应环境面改变行动的宠物机器人。

最后则是按照基于什么样的信息进行动作来分类:

表1基于动作信息的机器人分类

机器人的种类特征操纵机器人(operating robot) 人在一定距离处直接操作机器人时行作业程序机器人(sequence control robot) 机器人按预先给定的程序、条件、位置进行作

业

示教再现机器人(playback robot) 由人操作机器人进行示教后，机器人就重复进

行这个作业

数值控制机器人(numerical control 通过数字和语言给定作为的顺序、条件、位置robot) 等信息，机器人依据这一信息进行作业智能机器人(intelligent robot) 机器人依据智能(感觉信息的识别、作业规划、学习等能力)确定作业

- 2 -

冯赟:机器人路径规划方法研究

本文主要以室内轮式移动机器人作为研究对象，从安照的信处进进行动作上来分类属于程序机器人。

1.2 移动机器人

1.2.1移动机器人的发展概述

移动机器人技术自上世纪60年代以来，经历40年的发展已经取得了长足的进步。60年代末期，斯坦福研究院(SRI)的 Ni1SNi1SSen和 CharleSRosen等人以研究在复杂环境下，应用人工智能技术实现机器人系统的自主推理、规划和控制为目

的，在1966年至1972年期间制造出了取名Shakey的自主移动机器人;70年代末，随着计算机的应用和传感技术的发展，移动机器人研究又出现了新的高潮;80年代中期，设计和制造机器人的浪潮席卷了全世界;90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术、高适应性的移动机器人控制技术、真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。

移动机器人控制技术、真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。

移动机器人按工作环境可分为:室内移动机器人、室外移动机器人和特殊环境下的机器人;

按移动方式可分为:轮式移动机器人、步行移动机器人、蛇形机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等;按控制体系结构可分为: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;

按功能和用途可分为:医疗机器人、军用机器人、助残机器人、清洁机器人、地下管道检测移动机器人、行星探测机器人等;

按作业空间可分为:陆地移动机器人、水下机器人、无人飞机和空间机器人。

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，必需考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为。再次，必需考虑导航或路径规划，对于后者，有更多的方面要考虑，如传感器的融合、特征提取、避碰及环境映射。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。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、防核化污染、扫雷排险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