基本信息
- 項目名稱：
- 基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺處理的智能巡航機器人
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 通過自主創(chuàng)新，我們設計了基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺處理的導航系統(tǒng)。在新環(huán)境中通過簡單配置可完成機器人的精確定位，實現(xiàn)全局環(huán)境中的自主避障移動。 基于創(chuàng)新的導航系統(tǒng)設計的智能巡航機器人結合完備的軟件與硬件系統(tǒng)，可實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)控制、自動巡航、監(jiān)控系統(tǒng)、自動報告GPS定位、語音手語識別、自動監(jiān)控、異常狀況識別與反應等功能。機器人使用先進的全向輪及無線網(wǎng)絡傳輸設計，移動靈活，擴展性強。 作品具備很強的快速應用及廣泛適用性，滿足各種室內(nèi)環(huán)境下的自動定位與目標移動的需求，可擴展性強，具有廣闊的市場前景。
- 詳細介紹：
- 針對當前導航系統(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，設計了類GPS紅外全局定位系統(tǒng)及單目視覺處理系統(tǒng)，在室內(nèi)環(huán)境下可實現(xiàn)快速精確定位，指導機器人移動時自動避障，同可為機器人指定目的地，自動進行路徑規(guī)劃與自主移動。進行設備改進后，還可應用于一定范圍內(nèi)的室外環(huán)境，對比市場上同類產(chǎn)品，具有設備簡單，成本低廉，安裝布署方便，可擴展性強，便于推廣應用等特點。 利用創(chuàng)新的導航系統(tǒng)，設計了智能巡航機器人Robocruiser。結合完整的智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及相應的硬件系統(tǒng)，可實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)控制、自動巡航、監(jiān)控系統(tǒng)、自動報告GPS定位、語音手語識別、自動監(jiān)控、異常狀況識別與反應等功能。在全自主實時監(jiān)控和異常狀況全自動處理方面，已有較成熟的應用。產(chǎn)品已獲得本領域專家與相關企事業(yè)單位的肯定和認可，并取得投產(chǎn)意向。 通過簡單的設備升級和部署，本系統(tǒng)可應用于各類需監(jiān)控的公共場所及企事業(yè)單位，或因條件限制不利于人工實施的環(huán)境，具備較強的快速應用及廣泛適用性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的和思路： 隨著現(xiàn)代科學術與信息社會的進一步發(fā)展，機器人技術正源源不斷地向人類活動的各個領域滲透，在日趨智能化的機器人技術中，自主移動式機器人扮演了極重要的角色。而其中，導航系統(tǒng)是機器人實現(xiàn)自主移動的核心。正是基于這個現(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的巡航機器人. 創(chuàng)新點： （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，靈活、精準、快速地解決多路標架設問題和自定位問題，可實現(xiàn)對機器人全局目地的自主移動。 （2）單目視覺處理系統(tǒng)能很好解決現(xiàn)有雙目或多目視覺識別技術的復雜性，僅使用一臺攝像機，利用對單幀畫面的時事分析可以快速穩(wěn)定地實現(xiàn)移動路徑的規(guī)劃，使機器人的避開障礙。 技術關鍵： 涉及了圖象捕捉和識別，紅外全局定位，單目視覺技術， 網(wǎng)絡連接與實時傳輸，自動控制，智能監(jiān)控以及自動故障處理能力。 主要技術指標： 紅外全局定位系統(tǒng)經(jīng)總參測繪研究所評定，定位誤差半徑小于0.05m
科學性、先進性
- 科學性與先進性： （1）基于類GPS紅外全局定位系統(tǒng)利用GPS的兩點定位原理，用兩個紅外信號點代替通信衛(wèi)星解決環(huán)境全局定位與路徑規(guī)劃問題，通過巧妙的創(chuàng)新簡化了整個分析過程，硬件要求大大降低，設備成本低廉，布署簡單靈活，有很好的兼容性和穩(wěn)定性，可在多種環(huán)境以及多種智能設備中應用，具備很高的前瞻性和可應用性。 （2）單目視覺系統(tǒng)識別效果達到市場中較成熟的雙目或多目立體視覺系統(tǒng)的水平，同時克服了現(xiàn)行系統(tǒng)中硬件復雜，處理速度較慢，需要龐大的知識庫支持等問題。單目視覺系統(tǒng)僅用一臺攝像機，結合超聲雷達，完成路線自動規(guī)劃，自主識別、避開障礙物，并可全局定位，具有較快的反應速度和較高穩(wěn)定性。 （3）巡航機器人主體能基于無線網(wǎng)絡，裝備紅外、超聲傳感器和針孔雙向語音攝像頭，可自行充電，實現(xiàn)自動避障巡航、自動遠程報警、自動報告位置坐標、自動處置事故。搭載不同設備可用于不同場合的監(jiān)控與故障處理。用戶可以通過因特網(wǎng)遠程接收機器人實時獲得的圖像和語音信號，這與現(xiàn)行機器人系統(tǒng)相比有顯著的進步。
獲獎情況及鑒定結果
- （1）該作品軟件系統(tǒng)主窗體部分于2008年8月在微軟高校技術俱樂部學生實踐項目中取得優(yōu)異成績，微軟亞洲研究院于同年替作者申報了專利，同時本作品作者也被錄入微軟亞洲人才庫。 （2）測控定位系統(tǒng)于2009年4月得到了總參謀部測繪研究所馬永社教授的認可。 （3）單目視覺系統(tǒng)在2009年6月得到國家“視聽覺信息的認知計算”培育項目負責人袁澤劍教授的評定認可。 （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副總工程師任清杰的推薦評定。 （5）基于類GPS紅外全局定位及單目視覺機器人監(jiān)控系統(tǒng)已與西安全星智能電子有限責任公司合作生產(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任公司合作試生產(chǎn)）。
技術轉讓方式
作品可展示的形式
- 實物 現(xiàn)場演示 視頻演示 樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點: (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)射兩個紅外信號，利用天頂反射信號構成室內(nèi)類GPS系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人的全局自主移動。 (2)單目視覺系統(tǒng)僅用一臺攝像機，通過地面分析引導機器人快速避障的全局定位移動。 優(yōu)勢: 本項目提出了一種創(chuàng)新的導航系統(tǒng)，可實現(xiàn)靈活、精準、快速的全局環(huán)境定位，相比市場現(xiàn)行系統(tǒng)具有成本低廉、設備簡單、免安裝便于移動的優(yōu)勢。我們還設計了基于此導航系統(tǒng)的機器人，可實現(xiàn)精確全局定位，并且采用無線網(wǎng)絡傳輸設計，支持多操作終端、多網(wǎng)絡協(xié)議，通用性強。 適用范圍與市場效益: 通過簡單的升級和部署，智能巡航機器人可應用于各類需監(jiān)控的公共場所及企事業(yè)單位，或因條件限制不利于人工實施的環(huán)境。作品具備快速應用能力及廣泛適用性，滿足各種室內(nèi)環(huán)境下的自動定位與目標移動的需求，可擴展性強，具有廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 一.機器人定位系統(tǒng)現(xiàn)狀： （1）超聲傳感器定位：2004年IEEE智能機器人與系統(tǒng)會議上，韓國LG數(shù)字電子實驗室的研究人員提出了一種能在100平方米范圍內(nèi)精度達到8厘米，角度精度達到5度的超聲定位方法。優(yōu)點：總體架構穩(wěn)定，反映靈敏。不足之處：結構復雜，成本高。 （2）基于射頻識別（RFID）技術的路標定位：德國蒂賓根大學研究者于2008年在歐洲射頻識別會議上提出基于無線局域網(wǎng)（WLAN）、藍牙和激光的三種定位方式，其中無線局域網(wǎng)定位方式平均定位誤差3.545米，藍牙0.474米，激光0.435米，需事先架設局域網(wǎng)絡，可以在復雜環(huán)境內(nèi)移動。優(yōu)點：定位精確高，誤差范圍小。不足之處：成本高，定位需預存全局地圖和規(guī)劃路徑。 （3）陀螺儀定位：通過測量機器人的加速度(慣性)，并自動進行積分運算，獲得機器人瞬時速度和瞬時位置數(shù)據(jù)的技術。陀螺儀工作時不依賴外界信息，不易受到干擾。優(yōu)點：系統(tǒng)穩(wěn)定，不易受外界信息的干擾。不足之處：成本過高，對場地需特征訓練。 （4）基于視覺定位：2007年美國、德國、瑞典研究者在國際機器視覺大會（ICVS）提出基于路標的視覺定位，通過可轉動的視覺系統(tǒng)輔之以全局地圖進行定位。優(yōu)點：定位精度高，可進行全局定位。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：定位精確，結構簡單便于布置，成本較低。不足之處：技術還有待提高。 二.單目視覺系統(tǒng)現(xiàn)狀： 目前的單目視覺系統(tǒng)主要基于事先預存好的模型或基于移動單目視覺以獲得深度信息，其中，基于預存模型與基于移動單目視覺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雜，需要龐大知識庫支持，基于預存好的模型，要求設備具有強大的計算能力。 我們的作品“單目視覺系統(tǒng)” 的優(yōu)點：導航效率高，技術理論簡單，對環(huán)境有良好的適應性。不足之處：系統(tǒng)穩(wěn)定性還有待提高。
