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2010 42

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长走廊环境下视觉特征辅助的移动机器人定位研究 Research Article

葛耿育1,3,张毅2,王维1,胡立鹤1,王洋1,蒋勤1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第6期页码 876-889 doi: 10.1631/FITEE.2200208

摘要：定位在移动机器人导航系统中起着至关重要的作用，是自主移动的基本能力。在室内环境中，当前主流的定位方案使用2D激光雷达，利用即时定位和建图（SLAM）技术来构建占据栅格地图；然后，基于已知的地图来定位。为解决这一问题，本文提出一种从粗到细的模式，该模式使用视觉特征辅助长走廊中的移动机器人定位。首先，移动机器人被远程控制，沿着中线从起始位置移动到终点。在移动过程中，使用基于激光的SLAM方法建图。这对于移动机器人来说至关重要，因为它给出了机器人需要移动到哪里才能调整姿势的指令。然后，移动机器人根据移动策略以适当的视角捕捉图像，并将其与图像地图进行匹配，以获得粗略的定位。最后，提出一种改进的粒子滤波方法来实现精细定位。实验结果表明，该方法对全局定位是有效和鲁棒的。定位成功率达98.8%，平均移动距离仅0.31米。此外，当移动机器人被绑架到走廊中的另一个位置时，该方法依然有效。

关键词：移动机器人；定位；即时定位和建图（SLAM）；走廊环境；粒子滤波；视觉特征

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移动机器人运动规划研究综述

刘华军,杨静宇,陆建峰,唐振民,赵春霞,成伟明

《中国工程科学》 2006年第8卷第1期页码 85-94

摘要：

机器人运动规划是移动机器人导航的核心技术之一。40多年来，运动规划技术发展迅速，涌现出了许多规划算法，但因为环境描述方式差异巨大，技术差别大，实验比较难度较大。在总结机器人发展史上具有典型意义的规划算法的基础上，提出了路径规划算法的评价标准和形式化描述方式，介绍了每种算法的原理或技术，从搜索策略和环境建模的角度将它们分为四大类，分别是基于自由空间几何构造的规划算法、前向图搜索算法、基于随机采样的运动规划算法以及智能化规划算法，并按照提出的标准比较它们的性能。

关键词：移动机器人运动规划机器人导航几何构造空间搜索随机采样人工智能

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移动机器人障碍躲避的最佳路径

郭戈

《中国工程科学》 2003年第5卷第5期页码 70-75

摘要：

提出一种以障碍物和机器人位置和速度等信息为基础的障碍躲避方法，重点探讨了确定性环境下障碍躲避和转弯过程中机器人应遵循的合理路径问题，并通过证明指出了给定环境条件下实现转弯和障碍躲避的最佳路径。

关键词：移动机器人超声波传感器障碍躲避路径规划最佳路径

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用于长期自主机器人的新型鲁棒同时定位与建图方法 Research Articles

魏伟1,朱晓蕊1,2,王毅1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第2期页码 234-245 doi: 10.1631/FITEE.2000358

摘要：自主移动机器人的基本任务是同时定位与建图（SLAM）。此外，长期鲁棒性是 SLAM的一个重要属性。当车辆或机器人快速旋转或在某些场景中（例如低纹理环境、长走廊、隧道或其他重复的结构环境）转向时，大多数SLAM系统可能会失效。本文提出一种新颖的鲁棒视觉惯性激光雷达(LiDaR)导航(VILN)SLAM系统，包括立体视觉-惯性LiDaR里程计和视觉-LiDaR闭环。所提出的VILN SLAM系统即使在偶尔会降低LiDaR或视觉测量性能的复杂场景中也可以长期稳定地运行。大量实验结果表明，与最先进的SLAM系统相比，VILN SLAM系统在各种场景下的鲁棒性都有了很大提高。

关键词：同时定位与建图（SLAM）；长期；鲁棒性；激光雷达（LiDaR）；视觉惯性激光雷达导航（VILN）

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基于自适应网络模糊推理系统的移动机器人导航控制器 Research Article

Panati SUBBASH, Kil To CHONG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第2期页码 141-151 doi: 10.1631/FITEE.1700206

摘要：在障碍物高度杂乱的未知环境中自主导航是移动机器人研究的一个基本问题。提出一种基于自适应网络模糊推理系统（ANFIS）的差分驱动移动机器人导航控制器，用超声波传感器捕捉移动机器人周围的环境信息。在移动机器人导航过程中，考虑到环境噪声对传感器读数的影响，将加性高斯白噪声添加到传感器读数中并反馈给已训练的ANFIS控制器。在3种不同环境下对移动机器人进行导航，评价该导航控制器的鲁棒性。通过与已有移动机器人导航控制器（如神经网络、模糊逻辑）比较行程长度、行程效率、弯曲能量，验证ANFIS控制器性能。仿真结果表明，与其他控制器相比，ANFIS控制器具有更好性能，能够在不同环境中顺利导航且不与障碍物发生碰撞。

关键词：自适应网络模糊推理系统；加性高斯白噪声；自主导航；移动机器人

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智能家居环境中基于移动机器人的失物搜索 Research Articles

Qi WANG, Zhen FAN, Wei-hua SHENG, Sen-lin ZHANG, Mei-qin LIU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第8期页码 1036-1048 doi: 10.1631/FITEE.1800275

摘要：智能家居可提供补充信息以帮助家居服务机器人。本文利用智能家居环境中机器人所获取的历史轨迹数据，提出一种机器人失物搜索（MIF）系统。首先，提出一种多传感器融合方法定位和跟踪用户。其次，利用人物历史轨迹所包含的知识，提出一种路径规划方法生成机器人搜索路径。再次，应用一种基于卷积神经网络的实时物体检测单元检测目标丢失物品。基于搭建的智能家居测试平台进行MIF系统相关实验。最后，实验结果验证了所提方案的准确性和有效性。

关键词：家居服务机器人；智能家居；异质传感器；机器人自主失物搜索

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一种新型变尺寸多移动机器人的运动协同方法 Research Article

邢子超,汪星恺,王硕,吴维敏,胡瑞芬

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第4期页码 521-535 doi: 10.1631/FITEE.2200160

摘要：多移动机器人系统（MMRS）广泛用于制造业和仓储等工业场景的运输。在MMRS中，碰撞和死锁可能导致财产损失或系统停滞，因此运动协同十分重要。然而，在一些场景中，机器人尺寸在载货和未载货时是不同的，即机器人尺寸是变化的，这使得运动协同更具挑战性。基于区域控制的方法首先需要将环境划分为不相交区域，然后通过区域的分配静态或动态地进行运动协同。但是，这种基于区域控制的方法对于变尺寸机器人不够精确，降低系统效率。因此，提出一种基于粘连节点的运动协调方法，可基于路线图和机器人实时路径动态避免碰撞和死锁。粘连节点的动态特性使该方法不必对环境分区即可适用于各种场景。所提方法已应用于多个工业项目，本文基于一些制造业项目进行实验。理论分析和实验结果表明所提算法是有效和高效的。

关键词：多移动机器人系统；碰撞避免；死锁避免；粘连节点；运动协同

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基于Lü系统的移动机器人完成特殊情况下全覆盖路径规划的参数值选择策略 Research Article

李彩虹1,刘聪1,宋勇2,梁振英1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第2期页码 231-244 doi: 10.1631/FITEE.2200211

摘要：针对移动机器人完成特殊情况下的全覆盖路径规划（complete coverage path planning, CCPP）任务，基于Lü系统，提出一种构造混沌机器人的系统参数值综合选择策略，以满足特殊任务下遍历轨迹高随机性和高覆盖率的需求最后，在所确定参数值下，利用其中的变量构造混沌机器人，并仿真测试了覆盖率，研究覆盖率和变量随机特性之间的关系。上述综合选择策略根据覆盖轨迹混沌性和随机性的要求，逐渐缩小了系统参数的取值范围。与使用一组固定的经典参数值的Lü系统相比，经过综合方法选择参数值的系统，能挑选出李雅普诺夫指数大的变量来构造混沌机器人，从而使覆盖轨迹的随机性能更高。另一个混沌Lorenz系统，用来测试和验证所设计策略的可行性和有效性。此类研究能够提高机器人完成特殊情况下CCPP任务的效率。

关键词：混沌移动机器人；Lü系统；全覆盖路径规划；参数值选择策略；李雅普诺夫指数；皮尔逊相关系数

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特殊任务下基于Chebychev映射的移动机器人 Article

Cai-hong LI, Yong SONG, Feng-ying WANG, Zhi-qiang WANG, Yi-bin LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第9期页码 1305-1319 doi: 10.1631/FITEE.1601253

摘要：本文提出一种在特殊任务下基于Chebychev映射的移动机器人混沌全覆盖路径规划器的设计新策略。对规划器所产生的时间序列，进行反正弦变换，可以改善系统的混沌特性和均匀分布特性，从而提高机器人在完成特殊任务时的覆盖率和随机特性。通过仿射变换，Chebychev混沌系统映射到机器人工作空间的可行区域内，然后设计有障碍物环境下全覆盖路径规划的通用方法。所设计策略能够满足特殊任务下随机性、遍历性和高效率的需求。

关键词：移动机器人；Chebychev映射；混沌；仿射变换；全覆盖路径规划

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基于势场导向权的改进机器人路径规划免疫算法

王孙安,吴灿阳

《中国工程科学》 2013年第15卷第1期页码 73-78

摘要：

为了解决复杂环境中移动机器人的路径规划问题，结合人工势场法计算量小的特性和人工免疫网络的自适应调节能力，提出了一种改进的路径规划免疫算法。为了提高免疫网络的搜索能力以及免疫网络的收敛性，将人工势场法的规划结果作为先验知识构建了导向权，同时将抗体命令清晰度和抗体转移后的距离变化作为变量，构建了新的抗体转移概率算子。仿真结果表明，与其他算法相比，新算法在最优规划能力和网络收敛性能方面都有明显提高。

关键词：免疫网络人工势场移动机器人路径规划

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特殊任务下基于Arnold系统的移动机器人全覆盖路径规划 Regular Article

Cai-hong Li, Chun Fang, Feng-ying Wang, Bin Xia, Yong Song,lich@sdut.edu.cn

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第11期页码 1530-1542 doi: 10.1631/FITEE.1800616

摘要：基于Arnold动力学系统，提出一种压缩变换方法进行特殊任务下的移动机器人全覆盖路径规划。首先，将Arnold系统中的z变量与机器人运动学方程结合，构造混沌机器人。其次，利用混沌机器人中能够产生较高覆盖率的初始值构造候选集。然后，根据设计的收缩变换方法将轨迹收缩到机器人当前位置，形成连续全覆盖轨迹，以执行特殊任务。与传统方法相比，该算法不需要对给定工作场所的边界进行避障，具有较高覆盖率，且产生的覆盖轨迹混沌特性基本不变，使机器人能够以全覆盖、随机或不可预测的规划路径完成特殊任务。

关键词：混沌机器人；Arnold动力学系统；压缩变换；全覆盖遍历路径；候选集

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使用成对机器人分散化搜索多个未知瞬时射电源 Article

Chang-Young Kim, 宋德臻, Jingang Yi, 吴新宇

《工程（英文）》 2015年第1卷第1期页码 58-65 doi: 10.15302/J-ENG-2015010

摘要：

我们开发了一种分散化算法，来协调一组移动机器人搜索未知瞬时射电源。除了移动能力和通信及传感范围有限，机器人团队还必须应对信号源匿名性、短暂的传输时间和可变的发射功率带来的挑战。我们提出了一种两步式方法：首先，基于检查站的同步功能，对机器人用于追踪信号源位置的可信度函数进行了分散化；其次，提出了一种用于协调机器人的分散化规划策略，以确保存在检查站。我们分析了该算法的内存使用情况、通信数据量和搜索时间。实现了该算法，并将其与其他两种探索式算法进行了比较。实验结果显示，在三种算法中，分散化算法用最少的内存换来了最快的搜索时间。

关键词：无线定位联网机器人瞬时目标

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振动驱动的微型机器人非完整约束补偿的定位方法 Article

Kostas Vlachos, Dimitris Papadimitriou, Evangelos Papadopoulos

《工程（英文）》 2015年第1卷第1期页码 66-72 doi: 10.15302/J-ENG-2015016

摘要：

本文提出了一种微型移动机器人非完整约束补偿的定位方法，推导了相关公式并进行了实际操作。该移动机器人由两台振动型直流微型电机驱动。本文所描述的开环法和闭环法增加了微型机器人平台侧向净位移的能力，这是通过执行若干重复步骤来实现的，这些步骤与期望位置、速度和时间相关。仿真和试验结果验证了所述方法的有效性。

关键词：微型机器人振动微电机非完整驱动规划非完整约束补偿

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速度约束条件下基于步进电机驱动的Hilare 机器人航点导航的控制 Article

Robins Mathew,Somashekhar S. Hiremath

《工程（英文）》 2018年第4卷第4期页码 491-499 doi: 10.1016/j.eng.2018.07.013

摘要：

在障碍物密集的环境中，找到一条从初始位置到目标位置的最优轨迹，并控制一台Hilare 机器人沿着该轨迹行驶仍是一项具有挑战性的任务。本文的目的是在一台由步进电机驱动的Hilare 机器人上实现轨迹跟踪控制的任务。其中，轨迹由航点集合表示。在设计过程中，控制器需要考虑处理方向连续的离散航点，并且需要考虑不同的执行器速度约束。本文利用多目标粒子群优化（multi-objective particle swarm optimization, MOPSO）的方法来调整控制器的参数。MOPSO 通过最小化移动机器人在追踪预定义轨迹时的平均航迹误差以及平均线速度误差来得到最优的控制器参数。实验中，移动机器人被控制从起始点沿着一条由航点表示的轨迹行驶到达目标点。基于移动机器人的实验结果验证了本文方法对不同形式轨迹跟踪的有效性。

关键词：轨迹跟踪自适应控制航点导航 Hilare 机器人粒子群优化随机路图

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助老服务机器人系统设计及软件架构 Article

Norman Hendrich, Hannes Bistry, 张建伟

《工程（英文）》 2015年第1卷第1期页码 27-35 doi: 10.15302/J-ENG-2015007

摘要：

将智能人居辅助环境系统与服务机器人技术相结合，可以有效帮助老年人进行很多日常活动，有利于老年人获得更加良好的生活状态。本文概述了欧盟项目Robot-Era开发的智能人居辅助环境（AAL）系统，并重点阐述了系统中具有室内移动及物品操作能力的机器人的工程实现方法以及软件架构。该系统基于机器人操作系统（ROS）对大量先进的导航定位、环境感知以及操作控制算法进行集成，并通过实验对机器人的性能和实际应用效果进行验证。