帶語(yǔ)音控制的多功能無(wú)線(xiàn)監控輪式機器人

　　一、項目情況

　　(一)總論

　?、表椖亢?jiǎn)介

　　項目由來(lái)：

　　對輪式機器人的研究，可以追溯到智能小車(chē)的發(fā)展歷程，其實(shí)一個(gè)功能完備的輪式機器人，在本質(zhì)上就是一臺智能小車(chē)，因此對本文中的出現的智能小車(chē)，也代表輪式機器人。下面我們來(lái)回顧一下智能小車(chē)的發(fā)展歷史。

　　2004年1月3日和1月24日，肩負著(zhù)人類(lèi)探測火星使命的“勇氣”號和“機遇”號分別在火星不同區域著(zhù)陸，并于2004年4月5日和2004年4月26日相繼通過(guò)所有“考核標準”。美國宇航局的孿生火星車(chē)探測計劃至此正式宣告取得圓滿(mǎn)成功。美國宇航局科學(xué)家和工程師事先設立了一系列硬指標，作為判定兩輛火星車(chē)聯(lián)合探測計劃是否成功的依據。按照規定，每輛火星車(chē)都需要至少工作90個(gè)火星日(約相當于地球上的92天)，在火星上行駛總里程至少達到600米，至少造訪(fǎng)8個(gè)不同地點(diǎn)，必須拍下周?chē)h(huán)境的立體和彩色全景照片。“勇氣”號是迄今美國發(fā)射的最尖端的火星探測裝置，其頂部的桅桿式結構上裝有全景照相機及具有紅外探測能力的微型熱輻射分光計。“勇氣”號成功實(shí)現了集通信、拍攝和計算等功能于一身?；鹦擒?chē)能夠在火星上自主行駛;當火星車(chē)發(fā)現值得探測的目標，它會(huì )驅動(dòng)六個(gè)輪子向目標行駛;在檢測到前進(jìn)方向上的障礙后，火星車(chē)會(huì )去尋找可能的最佳路徑。

　　類(lèi)似火星車(chē)，以輪子作為移動(dòng)機構、能夠實(shí)現自主行駛的機器人，我們稱(chēng)之為智能小車(chē)，又稱(chēng)輪式機器人，它通過(guò)計算機編程來(lái)實(shí)現其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無(wú)需人工干預。操作員可以通過(guò)修改智能小車(chē)的計算機程序來(lái)改變它的行駛方式。因此，智能小車(chē)具有再編程的特性，是機器人的一種。與智能小車(chē)不同的是：遙控小車(chē)需要操作員來(lái)控制其轉向、啟停和進(jìn)退，比較先進(jìn)的遙控車(chē)還能控制其速度。常見(jiàn)的模型小車(chē)，都屬于這類(lèi)遙控車(chē);

　　智能小車(chē)，是一個(gè)集環(huán)境感知、規劃決策，自主行駛等功能于一身的綜合系統，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。它最適合在那些人類(lèi)無(wú)法工作的環(huán)境中工作，它們已在許多工業(yè)部門(mén)獲得廣泛應用。

　　由于工業(yè)現場(chǎng)中大多數惡劣環(huán)境和危險環(huán)境中仍采用的人工的操作方式，這促使了我們對智能車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)。它在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應用前景：如在工業(yè)生產(chǎn)中，可以代替人類(lèi)完成惡劣環(huán)境下的貨物搬運、設備檢測等任務(wù);在軍事上，可以在危險地帶代替人類(lèi)完成偵察、排雷等任務(wù);在民用上，可以作為導盲車(chē)為盲人提供幫助;在科學(xué)研究方面，可以代替人類(lèi)完成外星球勘探或者一礦藏勘探等。智能車(chē)按照工作環(huán)境下要分為室外智能車(chē)和室內智能車(chē)兩種，這兩種環(huán)境有著(zhù)較大的區別。室外環(huán)境一般較開(kāi)闊，受光照、天氣、時(shí)間等的影響，環(huán)境變化很大，既包括簡(jiǎn)單的結構化環(huán)境也包括復雜的非結構化環(huán)境。室外自主移動(dòng)機器人導航一般要求更高的智能。室內環(huán)境一般較狹窄，光線(xiàn)較穩定且環(huán)境復雜程度有限，一般視作結構化環(huán)境。

　　國內外研究現狀

　　智能小車(chē)和智能車(chē)輛的研究是息息相關(guān)的，我們可以將智能小車(chē)看成是智能車(chē)輛的模型，對智能小車(chē)的研究，其應用的很大一個(gè)方面便是在智能車(chē)輛行業(yè)。下面我們就來(lái)了解一下國內外對智能車(chē)輛的研究歷史。

　　1、國外智能車(chē)輛的研究

　　智能車(chē)輛的研究始于20世紀50年代初，美國B(niǎo)arrettElectronics公司開(kāi)發(fā)出了世界上第一臺自動(dòng)引導車(chē)輛系統(AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVs)。1974年，瑞典的VolvoKalmar轎車(chē)裝配工廠(chǎng)與Schiinder一Digitron公司合作，研制出一種可裝載轎車(chē)車(chē)體的AGVS，并由多臺該種AGVS組成了汽車(chē)裝配線(xiàn)，從而取消了傳統應用的拖車(chē)及叉車(chē)等運輸工具。由于Kalmar工廠(chǎng)采用AGVS獲得了明顯的經(jīng)濟效益，許多西歐國家紛紛效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在裝配作業(yè)中成為一種流行的運輸手段。

　　在世界科學(xué)界和工業(yè)設計界中，眾多的研究機構正在研發(fā)智能車(chē)輛，其中具有代表性的智能車(chē)輛包括:

　　意大利MOB一LAB的研究：MOB一LAB是開(kāi)放“移動(dòng)試驗室”的代名詞，后來(lái)用于研發(fā)車(chē)載實(shí)時(shí)圖像處理系統，通過(guò)計算機視覺(jué)系統來(lái)檢測車(chē)道軌跡，實(shí)現車(chē)輛自主駕駛。MOB~LAB有以下主要特點(diǎn):車(chē)輛前后裝備彩色攝像機，用來(lái)檢測車(chē)輛外部環(huán)境;兩個(gè)實(shí)時(shí)數字圖像處理器(利用相應算法結構，以200ms一幅圖像速度分析圖像);4個(gè)車(chē)載傳感器來(lái)測量橫向和縱向車(chē)輛加速度;在車(chē)輛左右側安裝的毫米波雷達感知道路左右兩側環(huán)境;兩個(gè)PC處理器處理雷達和其他融合的傳感器數據;

　　美國俄亥俄州立大學(xué)的研究：美國俄亥俄州立大學(xué)智能交通研究所所研發(fā)的三輛智能原型車(chē)輛，配備不同的傳感器來(lái)實(shí)現數據融合和錯誤檢測技術(shù):基于視覺(jué)的系統;雷達系統(檢測與車(chē)道的橫向位置);激光掃描測距器(障礙物檢測);其他傳感器，如側向雷達、轉向陀螺儀。利用基于視覺(jué)的方法實(shí)現道路檢測。利用一臺安裝在后視鏡處的CCD攝像機，位置要盡可能高，車(chē)道檢測系統可以處理這樣的單幅灰度圖像。算法假設道路是水平地，并且有連續或點(diǎn)化的車(chē)道標志線(xiàn)。前幾幀檢測的車(chē)道標志線(xiàn)數據也用來(lái)決定下一步興趣熱點(diǎn)區域，以簡(jiǎn)化圖像處理。算法從圖像中提取出重要的亮域，并以向量行駛存儲，如道路消失點(diǎn)或道寬這樣的數據參數，都可以作為計算車(chē)道標志線(xiàn)的參考，最后為了處理點(diǎn)劃車(chē)道線(xiàn)，可以通過(guò)一階多項式曲線(xiàn)來(lái)擬合，在進(jìn)行向量計算。如果檢測到左右車(chē)道標志線(xiàn)，就可以利用左右標志線(xiàn)來(lái)估計車(chē)道中心線(xiàn);否則也可以利用估計的車(chē)道寬度及相關(guān)可視標志來(lái)估算中心線(xiàn)。

　　另外，斯特拉斯堡(Strasbourg)試驗中心、英國國防部門(mén)的研究、美國卡內基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國麻省理工學(xué)院、韓國理工大學(xué)對智能車(chē)輛也有較多的研究。