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基本信息

項(xiàng)目名稱：
基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理的智能巡航機(jī)器人
小類：
信息技術(shù)
簡(jiǎn)介：
通過(guò)自主創(chuàng)新，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理的導(dǎo)航系統(tǒng)。在新環(huán)境中通過(guò)簡(jiǎn)單配置可完成機(jī)器人的精確定位，實(shí)現(xiàn)全局環(huán)境中的自主避障移動(dòng)。 基于創(chuàng)新的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能巡航機(jī)器人結(jié)合完備的軟件與硬件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)控制、自動(dòng)巡航、監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)告GPS定位、語(yǔ)音手語(yǔ)識(shí)別、自動(dòng)監(jiān)控、異常狀況識(shí)別與反應(yīng)等功能。機(jī)器人使用先進(jìn)的全向輪及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)，移動(dòng)靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)。 作品具備很強(qiáng)的快速應(yīng)用及廣泛適用性，滿足各種室內(nèi)環(huán)境下的自動(dòng)定位與目標(biāo)移動(dòng)的需求，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
詳細(xì)介紹：
針對(duì)當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)通常存在的成本高，安裝使用不便，定位速度不快等缺陷，我們采取全新的思路，設(shè)計(jì)了類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理系統(tǒng)，在室內(nèi)環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)快速精確定位，指導(dǎo)機(jī)器人移動(dòng)時(shí)自動(dòng)避障，同可為機(jī)器人指定目的地，自動(dòng)進(jìn)行路徑規(guī)劃與自主移動(dòng)。進(jìn)行設(shè)備改進(jìn)后，還可應(yīng)用于一定范圍內(nèi)的室外環(huán)境，對(duì)比市場(chǎng)上同類產(chǎn)品，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，安裝布署方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于推廣應(yīng)用等特點(diǎn)。 利用創(chuàng)新的導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了智能巡航機(jī)器人Robocruiser。結(jié)合完整的智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)控制、自動(dòng)巡航、監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)告GPS定位、語(yǔ)音手語(yǔ)識(shí)別、自動(dòng)監(jiān)控、異常狀況識(shí)別與反應(yīng)等功能。在全自主實(shí)時(shí)監(jiān)控和異常狀況全自動(dòng)處理方面，已有較成熟的應(yīng)用。產(chǎn)品已獲得本領(lǐng)域?qū)＜遗c相關(guān)企事業(yè)單位的肯定和認(rèn)可，并取得投產(chǎn)意向。 通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備升級(jí)和部署，本系統(tǒng)可應(yīng)用于各類需監(jiān)控的公共場(chǎng)所及企事業(yè)單位，或因條件限制不利于人工實(shí)施的環(huán)境，具備較強(qiáng)的快速應(yīng)用及廣泛適用性。

作品圖片

  • 基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理的智能巡航機(jī)器人
  • 基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理的智能巡航機(jī)器人
  • 基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理的智能巡航機(jī)器人
  • 基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺(jué)處理的智能巡航機(jī)器人

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的和思路： 隨著現(xiàn)代科學(xué)術(shù)與信息社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)正源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，在日趨智能化的機(jī)器人技術(shù)中，自主移動(dòng)式機(jī)器人扮演了極重要的角色。而其中，導(dǎo)航系統(tǒng)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的核心。正是基于這個(gè)現(xiàn)狀我們開發(fā)了這套基于類GPS紅外全局定位和單目視覺(jué)的巡航機(jī)器人. 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)能模擬GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)，利用基座發(fā)射和反射紅外信號(hào)，靈活、精準(zhǔn)、快速地解決多路標(biāo)架設(shè)問(wèn)題和自定位問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人全局目地的自主移動(dòng)。 （2）單目視覺(jué)處理系統(tǒng)能很好解決現(xiàn)有雙目或多目視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的復(fù)雜性，僅使用一臺(tái)攝像機(jī)，利用對(duì)單幀畫面的時(shí)事分析可以快速穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)路徑的規(guī)劃，使機(jī)器人的避開障礙。 技術(shù)關(guān)鍵： 涉及了圖象捕捉和識(shí)別，紅外全局定位，單目視覺(jué)技術(shù)， 網(wǎng)絡(luò)連接與實(shí)時(shí)傳輸，自動(dòng)控制，智能監(jiān)控以及自動(dòng)故障處理能力。 主要技術(shù)指標(biāo)： 紅外全局定位系統(tǒng)經(jīng)總參測(cè)繪研究所評(píng)定，定位誤差半徑小于0.05m

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性與先進(jìn)性： （1）基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)利用GPS的兩點(diǎn)定位原理，用兩個(gè)紅外信號(hào)點(diǎn)代替通信衛(wèi)星解決環(huán)境全局定位與路徑規(guī)劃問(wèn)題，通過(guò)巧妙的創(chuàng)新簡(jiǎn)化了整個(gè)分析過(guò)程，硬件要求大大降低，設(shè)備成本低廉，布署簡(jiǎn)單靈活，有很好的兼容性和穩(wěn)定性，可在多種環(huán)境以及多種智能設(shè)備中應(yīng)用，具備很高的前瞻性和可應(yīng)用性。 （2）單目視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別效果達(dá)到市場(chǎng)中較成熟的雙目或多目立體視覺(jué)系統(tǒng)的水平，同時(shí)克服了現(xiàn)行系統(tǒng)中硬件復(fù)雜，處理速度較慢，需要龐大的知識(shí)庫(kù)支持等問(wèn)題。單目視覺(jué)系統(tǒng)僅用一臺(tái)攝像機(jī)，結(jié)合超聲雷達(dá)，完成路線自動(dòng)規(guī)劃，自主識(shí)別、避開障礙物，并可全局定位，具有較快的反應(yīng)速度和較高穩(wěn)定性。 （3）巡航機(jī)器人主體能基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，裝備紅外、超聲傳感器和針孔雙向語(yǔ)音攝像頭，可自行充電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障巡航、自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警、自動(dòng)報(bào)告位置坐標(biāo)、自動(dòng)處置事故。搭載不同設(shè)備可用于不同場(chǎng)合的監(jiān)控與故障處理。用戶可以通過(guò)因特網(wǎng)遠(yuǎn)程接收機(jī)器人實(shí)時(shí)獲得的圖像和語(yǔ)音信號(hào)，這與現(xiàn)行機(jī)器人系統(tǒng)相比有顯著的進(jìn)步。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

（1）該作品軟件系統(tǒng)主窗體部分于2008年8月在微軟高校技術(shù)俱樂(lè)部學(xué)生實(shí)踐項(xiàng)目中取得優(yōu)異成績(jī)，微軟亞洲研究院于同年替作者申報(bào)了專利，同時(shí)本作品作者也被錄入微軟亞洲人才庫(kù)。 （2）測(cè)控定位系統(tǒng)于2009年4月得到了總參謀部測(cè)繪研究所馬永社教授的認(rèn)可。 （3）單目視覺(jué)系統(tǒng)在2009年6月得到國(guó)家“視聽覺(jué)信息的認(rèn)知計(jì)算”培育項(xiàng)目負(fù)責(zé)人袁澤劍教授的評(píng)定認(rèn)可。 （4）該作品消防硬件系統(tǒng)于2009年3月得到了陜西省公安消防總隊(duì)副總工程師任清杰的推薦評(píng)定。 （5）基于類GPS紅外全局定位及單目視覺(jué)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)已與西安全星智能電子有限責(zé)任公司合作生產(chǎn).

作品所處階段

中試階段(現(xiàn)已與西安市全星智能電子有限責(zé)任公司合作試生產(chǎn)）。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

作品可展示的形式

實(shí)物 現(xiàn)場(chǎng)演示 視頻演示 樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn): (1)類GPS紅外全局定位系統(tǒng)系統(tǒng)模擬GPS系統(tǒng)，使用地面基座發(fā)射兩個(gè)紅外信號(hào)，利用天頂反射信號(hào)構(gòu)成室內(nèi)類GPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全局自主移動(dòng)。 (2)單目視覺(jué)系統(tǒng)僅用一臺(tái)攝像機(jī)，通過(guò)地面分析引導(dǎo)機(jī)器人快速避障的全局定位移動(dòng)。 優(yōu)勢(shì): 本項(xiàng)目提出了一種創(chuàng)新的導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)靈活、精準(zhǔn)、快速的全局環(huán)境定位，相比市場(chǎng)現(xiàn)行系統(tǒng)具有成本低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單、免安裝便于移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。我們還設(shè)計(jì)了基于此導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)精確全局定位，并且采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)，支持多操作終端、多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通用性強(qiáng)。 適用范圍與市場(chǎng)效益: 通過(guò)簡(jiǎn)單的升級(jí)和部署，智能巡航機(jī)器人可應(yīng)用于各類需監(jiān)控的公共場(chǎng)所及企事業(yè)單位，或因條件限制不利于人工實(shí)施的環(huán)境。作品具備快速應(yīng)用能力及廣泛適用性，滿足各種室內(nèi)環(huán)境下的自動(dòng)定位與目標(biāo)移動(dòng)的需求，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

同類課題研究水平概述

一.機(jī)器人定位系統(tǒng)現(xiàn)狀： （1）超聲傳感器定位：2004年IEEE智能機(jī)器人與系統(tǒng)會(huì)議上，韓國(guó)LG數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出了一種能在100平方米范圍內(nèi)精度達(dá)到8厘米，角度精度達(dá)到5度的超聲定位方法。優(yōu)點(diǎn)：總體架構(gòu)穩(wěn)定，反映靈敏。不足之處：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。 （2）基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的路標(biāo)定位：德國(guó)蒂賓根大學(xué)研究者于2008年在歐洲射頻識(shí)別會(huì)議上提出基于無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）、藍(lán)牙和激光的三種定位方式，其中無(wú)線局域網(wǎng)定位方式平均定位誤差3.545米，藍(lán)牙0.474米，激光0.435米，需事先架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)，可以在復(fù)雜環(huán)境內(nèi)移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：定位精確高，誤差范圍小。不足之處：成本高，定位需預(yù)存全局地圖和規(guī)劃路徑。 （3）陀螺儀定位：通過(guò)測(cè)量機(jī)器人的加速度(慣性)，并自動(dòng)進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得機(jī)器人瞬時(shí)速度和瞬時(shí)位置數(shù)據(jù)的技術(shù)。陀螺儀工作時(shí)不依賴外界信息，不易受到干擾。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)穩(wěn)定，不易受外界信息的干擾。不足之處：成本過(guò)高，對(duì)場(chǎng)地需特征訓(xùn)練。 （4）基于視覺(jué)定位：2007年美國(guó)、德國(guó)、瑞典研究者在國(guó)際機(jī)器視覺(jué)大會(huì)（ICVS）提出基于路標(biāo)的視覺(jué)定位，通過(guò)可轉(zhuǎn)動(dòng)的視覺(jué)系統(tǒng)輔之以全局地圖進(jìn)行定位。優(yōu)點(diǎn)：定位精度高，可進(jìn)行全局定位。不足之處：整套定位系統(tǒng)成本高昂。 （5）我們的作品“基于類GPS紅外全局定位”優(yōu)點(diǎn)：定位精確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于布置，成本較低。不足之處：技術(shù)還有待提高。 二.單目視覺(jué)系統(tǒng)現(xiàn)狀： 目前的單目視覺(jué)系統(tǒng)主要基于事先預(yù)存好的模型或基于移動(dòng)單目視覺(jué)以獲得深度信息，其中，基于預(yù)存模型與基于移動(dòng)單目視覺(jué)比較有名的研究成果分別是Andrer Ng在nips'05上發(fā)表的論文Learning Depth from Single Monocular Images和Anat Levin在SIGGRAPH 2007上發(fā)表的論文Image and Depth from a Conventional Camera with a Coded Aperture.但這兩種方式理論復(fù)雜，需要龐大知識(shí)庫(kù)支持，基于預(yù)存好的模型，要求設(shè)備具有強(qiáng)大的計(jì)算能力。 我們的作品“單目視覺(jué)系統(tǒng)” 的優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)航效率高，技術(shù)理論簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境有良好的適應(yīng)性。不足之處：系統(tǒng)穩(wěn)定性還有待提高。
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