1…從最初應(yīng)用于與人類(lèi)密切相關(guān)的民用危險(xiǎn)環(huán)境領(lǐng)域(例如火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)),到如今應(yīng)用于關(guān)乎國(guó)家安全的國(guó)防安全領(lǐng)域(例如軍事作戰(zhàn)、武裝偵察和防空防御等方面),尤其是沒(méi)有GPS信號(hào)或GPS信號(hào)受到干擾不穩(wěn)定時(shí)(例如室內(nèi)、地下通道和隧道等環(huán)境),有巨大的應(yīng)用前景。當(dāng)前，視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)是信息，眼見(jiàn)為實(shí)就是這個(gè)道理。那么機(jī)器人是否實(shí)現(xiàn)視覺(jué)導(dǎo)航這一點(diǎn)呢?在很久對(duì)標(biāo)志辨識(shí)的準(zhǔn)確與否以及是否能準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)的識(shí)別出各種傳感器所反饋的位進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，智能技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷進(jìn)步，支撐2全球定位系統(tǒng)技術(shù)一般采用偽距離差分動(dòng)態(tài)定位方法。通過(guò)4顆衛(wèi)星觀測(cè)位只用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位的化，可靠性并不高。因此，我們通常將磁羅盤(pán)和GPS的數(shù)據(jù)將作為碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)角度測(cè)量值(靶標(biāo)),然后與主機(jī)建立通信連接，對(duì)PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將標(biāo)志值和測(cè)量值比較，就能計(jì)算出傳感器電流在路線35.SLAM技術(shù)目前大多數(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位的服務(wù)機(jī)器人公司采用的主要技術(shù)為SLAM技術(shù)。在SLAM技術(shù)中，只有硅烷技術(shù)(SLAMTEC)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。SLAM建立環(huán)境地圖，為之后的路徑規(guī)劃打下基礎(chǔ)。1988年，提出了SLAM實(shí)時(shí)建圖技術(shù)，建立環(huán)境的實(shí)時(shí)地圖，這類(lèi)方法主要應(yīng)用于對(duì)地圖的定位以及工程方面。關(guān)于機(jī)器人的定位方法，麻省理工教授JohnJ.Leonard和原悉尼大學(xué)教授HughDurrant-Whyte最初提出了三個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題機(jī)器人如何根據(jù)已知的空間中的所有位置，這和SLAM建圖類(lèi)似。在我們?nèi)粘Ｉ钪杏稍S多地航位推算法(Dead-ReckoningMethod)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)定位的相對(duì)定位法，用到的傳感器一般有：碼盤(pán)、慣性傳感器(如陀螺儀、加速度計(jì)等)。4度將大打折扣，最終導(dǎo)致定位失敗。常用的慣性傳感器有用于測(cè)量角加速度的陀螺儀和用于測(cè)量線加速度的加速度計(jì)。將測(cè)得的角加速度和線加速度進(jìn)行擬合，積分得出機(jī)器人的位姿信息。一般情況下，用慣性傳感器的定位精度比用碼盤(pán)的高，但慣性傳感器定位也易環(huán)境影響，影響因素有：陀螺儀產(chǎn)生漂移、標(biāo)定有誤差等。無(wú)論是碼盤(pán)定位還是慣性傳感器定位，它們都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，那就是累積誤差：隨著時(shí)間、距離的不斷增加，誤差也會(huì)隨之增大。因此相對(duì)定位法不適用于長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的精確定位。機(jī)器人在進(jìn)行絕對(duì)定位時(shí)，要在環(huán)境中選取一個(gè)參照物，這個(gè)參照物是恒定不變的且它的參照信息是要易獲取的。然后將自己與參照信息進(jìn)行對(duì)比分析，建立某種聯(lián)系，解算自己的位姿信息。3.基于信標(biāo)的定位原先信標(biāo)主要指用于航空或航海的無(wú)線電波。在機(jī)器人定位領(lǐng)域，信標(biāo)主要指可以被識(shí)別和檢測(cè)出的帶有明顯特征的標(biāo)志，機(jī)器人在定位時(shí)可以通過(guò)這種標(biāo)志算出機(jī)器人本體與標(biāo)志的相對(duì)位置，進(jìn)而帶入標(biāo)志位置坐標(biāo)，解算出機(jī)器人的絕對(duì)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位。用于定位的標(biāo)志有以下三個(gè)特征：①信標(biāo)的位置固定且信標(biāo)的絕對(duì)坐標(biāo)已知；②信標(biāo)具有主被動(dòng)特征，易于辨識(shí)；③信標(biāo)位置便于從各方向觀測(cè)。信標(biāo)定位的方法主要是三邊測(cè)量和三角測(cè)量。三邊指機(jī)器人與信標(biāo)之間的距離，三邊測(cè)量定位系統(tǒng)至少需要3個(gè)安裝在機(jī)器人身上的發(fā)射器或接收器且它們的位置必須是已知的。三角指機(jī)器人與信標(biāo)之間的角度，也需要3個(gè)發(fā)射器或接收器進(jìn)行輔助。環(huán)境中已知信標(biāo)的特征是信標(biāo)定位的基礎(chǔ)，通過(guò)安裝在機(jī)器人身上的傳感器進(jìn)行觀測(cè)。用于觀測(cè)的傳感器有許多種類(lèi)，比如激光雷達(dá)、超聲波傳感器和視覺(jué)傳感器，這些傳感器優(yōu)點(diǎn)眾多，比如定位精度高、定位實(shí)時(shí)性好、魯棒性高及沒(méi)有累計(jì)誤差等。目前基于信標(biāo)的機(jī)器人已經(jīng)具備成熟的技術(shù)，但由于造價(jià)高昂，只適合對(duì)定位精度要求較高的場(chǎng)合。4.基于視覺(jué)的定位科學(xué)研究統(tǒng)計(jì)表明，人類(lèi)從外界獲得信息量約有75%來(lái)自視覺(jué)，與人一樣，機(jī)器人探測(cè)周?chē)h(huán)境最直接的方式就是通過(guò)視覺(jué)探測(cè)。近年來(lái)熱門(mén)的研究領(lǐng)域，比如模式識(shí)別和機(jī)器視覺(jué)，都屬于視覺(jué)定位領(lǐng)域。視覺(jué)定位主要有單目視覺(jué)和雙目視覺(jué)兩種。單目視覺(jué)用于二維定位，只能探測(cè)平面信息，如果要獲取環(huán)境的深度信息，只能通過(guò)移動(dòng)改變位姿進(jìn)行不同方向不同角度的測(cè)量，適用于執(zhí)行簡(jiǎn)單的定位任務(wù)，比如通過(guò)目標(biāo)的幾何形狀，取3個(gè)以上特征點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)位置信息獲取，但單目視覺(jué)的定位精度不高。5環(huán)境地圖模型匹配定位通過(guò)機(jī)器人上安裝的各種傳感器對(duì)周?chē)h(huán)境信息探準(zhǔn)確估計(jì)環(huán)境中攝像頭的具體位置。由于內(nèi)部構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，所以在進(jìn)行Aruco也是最簡(jiǎn)單的方法就是采用基本的標(biāo)記，ar下列特征：(1)標(biāo)記本身應(yīng)具有明顯的特征且包含豐富的特征信息以便于之后的位置和姿態(tài)估計(jì)工作；(2)標(biāo)記本身的形狀及顏色等特征要與周?chē)h(huán)境有明顯差別，以便于被更容易的檢測(cè)識(shí)別出來(lái)：(3)不受周?chē)h(huán)境的影響，以便于能夠被用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的庫(kù)，它其中包含了許多預(yù)定義的不同尺寸的標(biāo)識(shí)。每個(gè)6每一個(gè)Aruco碼都有一個(gè)內(nèi)部編碼，比如一個(gè)7×7的Aruco碼，它的本體被分為7×7的網(wǎng)絡(luò)，除了外部的一周是它的黑色邊框，它的id信息包含在內(nèi)部的5×5網(wǎng)絡(luò)中。受到計(jì)算機(jī)二進(jìn)制語(yǔ)言的啟發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)該碼也只有兩種狀態(tài)：黑和白，對(duì)應(yīng)的我們將黑色表示為0,白色表示為1。通過(guò)這樣的信息分割，在經(jīng)過(guò)數(shù)組的排列組合，Aruco碼的內(nèi)部就存在5個(gè)標(biāo)記序列，每個(gè)序列有5位數(shù)海明碼是一種內(nèi)部包含用于驗(yàn)證信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的代碼。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的海明碼有8位，包含4個(gè)數(shù)據(jù)位(D1-D4)、3個(gè)奇偶校驗(yàn)位(用于控制)和最后1位檢查位。如圖1.2所示。Aruco碼的編碼方式與海明碼相似，3位數(shù)字用于校驗(yàn)，2位數(shù)字用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。校驗(yàn)位.數(shù)據(jù)位圖1.2海明碼與海明碼不同，本文采用的Aruco碼中將編碼的位數(shù)由8位減少為5位，奇偶校驗(yàn)位不變，仍然是3位，數(shù)據(jù)位由4位減少為2位，其中將偶數(shù)列作為數(shù)據(jù)列，如圖1.3所示。這種編碼方式產(chǎn)生了1024種組合，如圖1.4所示。7■數(shù)據(jù)位先將一個(gè)完整的Aruco碼平均分為7×7個(gè)小方格。然后檢測(cè)每個(gè)小方格的像素(2)識(shí)別編碼區(qū)域。經(jīng)過(guò)輪廓檢查，將方格分為黑白兩類(lèi)，在黑白方格中分別寫(xiě)入0或1進(jìn)行編碼。搭載在機(jī)器人上的攝像頭在拍攝時(shí)受環(huán)境影響會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變化，由于有4個(gè)旋轉(zhuǎn)方向，就要分析4種不同的情況，因此對(duì)標(biāo)記區(qū)域進(jìn)行4次編碼解碼，然后在4個(gè)結(jié)果中選出1一個(gè)真實(shí)值。算它們的海明距離。和第二步類(lèi)似，每個(gè)標(biāo)記都對(duì)應(yīng)著4種海明編碼方式，經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，會(huì)產(chǎn)生四個(gè)不同的海明距離。在4個(gè)結(jié)果中0的個(gè)數(shù)大于等于1,則計(jì)算