一、課題研究背景

機器人的出現(xiàn)和發(fā)展極大地提高了工農(nóng)業(yè)的勞動效率，深刻地改變了人類的生活面貌。機器人學(xué)的進步和應(yīng)用是20世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化。上世紀五十年代在美國誕生了世界上第一臺機器人，從此機器人真正的走進了人們的生活。隨著計算機技術(shù)、超大規(guī)模集成電路、控制理論、人工智能、傳感器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對機器人學(xué)的研究也步入一個嶄新的階段。從早期的可編程的、示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人到具有一定傳感和適應(yīng)能力的機器人，再到配備多種先進傳感器，具有智能的機器人，機器人學(xué)的研究經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，功能單一到功能多樣，從工業(yè)制造領(lǐng)域擴展到軍事偵察、核工業(yè)、航空航天、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療器械、基因工程、社會服務(wù)、娛樂等領(lǐng)域的過程。在人類對宇宙的探索領(lǐng)域，美國的“勇氣”號登陸火星進行自動探測，中國“嫦娥一號”繞月探測，代表了目前機器人的最高技術(shù)水平。在可以預(yù)見的將來，機器人技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用將會更加廣泛、深入。

當前，機器人正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展，應(yīng)用范圍得到了極大的擴展。隨著國內(nèi)外研究機構(gòu)對機器人研究的不斷深入，已經(jīng)開發(fā)出各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器人，并推出了各種樣機，如移動機器人、微型機器人、水下機器人、軍用機器人、服務(wù)娛樂機器人、仿人機器人等。

移動機器人是最具代表性的一種機器人。它集中了傳感器技術(shù)，機械工程，電子工程，自動化控制工程，圖像實時處理，計算機視覺以及人工智能等多學(xué)科的研究成果，代表機電一體化的最高成就。因此，多學(xué)科交叉而形成的機器人學(xué)研究也進入了一個嶄新的階段。移動機器人具有重要的軍用和民用價值，而且其在惡劣的環(huán)境下也具有極其廣泛的應(yīng)用。例如：自動排雷機器人，用于深海海底勘探的水下機器人，無人駕駛的智能車，礦井中煤炭挖掘機器人以及石油和天然氣的勘探機器人等等。

移動機器人要想走向?qū)嵱帽仨殦碛心軇偃蔚倪\動系統(tǒng)、可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)、精確的感知能力和具有既安全又友好地與人一起工作的能力，此外移動機器人的智能性也是決定其應(yīng)用前景的關(guān)鍵因素。一般來說，智能機器人應(yīng)具備感知、思維和靈巧動作三個相互作用的基本功能，評價一個移動機器人智能程度的指標包括自主性、適應(yīng)性和交互性等條件。自主性是指機器人能根據(jù)工作任務(wù)和周圍環(huán)境情況，自己確定工作步驟和工作方式；適應(yīng)性是指機器人具有適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的能力（主要通過學(xué)習），不但能識別和測量周圍的物體，還有理解周圍環(huán)境和所要執(zhí)行任務(wù)的能力，及做出正確的判斷并操作和移動等能力；交互性是智能產(chǎn)生的基礎(chǔ)，交互包括機器人與環(huán)境、機器人與人及機器人之間三種，主要涉及信息的獲取、處理和理解。

二、課題研究概述

機器人涉及到的技術(shù)復(fù)雜并不斷擴展，如多傳感器信息融合、路徑規(guī)劃、機器人視覺、智能人機接口等，為此，產(chǎn)生了一系列研究課題。

路徑規(guī)劃是機器人學(xué)研究中非常重要的一個部分，不管在科研、經(jīng)濟、軍事上都有著重要意義。因此，國內(nèi)外的科學(xué)家圍繞路徑規(guī)劃展開的研究非常多，從算法設(shè)計、算法分析、仿真實驗等各方面開展研究。

2.1 移動機器人簡介

機器人是現(xiàn)今高科技發(fā)展的代表方向之一，就其發(fā)展來看大致經(jīng)歷了以下三個階段：

第一階段是可編程的示教再現(xiàn)型機器人。它不配備任何外部傳感器，一般采用簡單的開關(guān)控制，示教再現(xiàn)控制和可編程控制，機器人的作業(yè)路徑或運動參數(shù)都需要示教或編程給定，它無法感知環(huán)境的改變而改善自身的性能、品質(zhì)。

第二階段是具有一定的感知功能和一定適應(yīng)能力的離線編程機器人。這種機器人配備了簡單的內(nèi)部傳感器，能感知自身運動的速度、位置、姿態(tài)等物理量，并以這些信息的反饋構(gòu)成閉環(huán)控制；簡單的外部傳感器如簡易視覺、力覺傳感器等，因而具有部分適應(yīng)外界環(huán)境的能力。

第三階段是智能型機器人。目前尚處于研究和發(fā)展之中，它具有多種外部傳感器組成的傳感系統(tǒng)，可通過對外部環(huán)境信息的獲取、處理，準確地描述外部環(huán)境，能自主地完成某一項任務(wù)。一般地，它擁有自己的知識庫、多信息處理系統(tǒng)，可在結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中工作，能根據(jù)環(huán)境的變化做出對應(yīng)的決策。