基本信息
- 项目名称：
- 基于类GPS红外全局定位系统及单目视觉处理的智能巡航机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 通过自主创新，我们设计了基于类GPS红外全局定位系统及单目视觉处理的导航系统。在新环境中通过简单配置可完成机器人的精确定位，实现全局环境中的自主避障移动。 基于创新的导航系统设计的智能巡航机器人结合完备的软件与硬件系统，可实现基于互联网控制、自动巡航、监控系统、自动报告GPS定位、语音手语识别、自动监控、异常状况识别与反应等功能。机器人使用先进的全向轮及无线网络传输设计，移动灵活，扩展性强。 作品具备很强的快速应用及广泛适用性，满足各种室内环境下的自动定位与目标移动的需求，可扩展性强，具有广阔的市场前景。
- 详细介绍：
- 针对当前导航系统通常存在的成本高，安装使用不便，定位速度不快等缺陷，我们采取全新的思路，设计了类GPS红外全局定位系统及单目视觉处理系统，在室内环境下可实现快速精确定位，指导机器人移动时自动避障，同可为机器人指定目的地，自动进行路径规划与自主移动。进行设备改进后，还可应用于一定范围内的室外环境，对比市场上同类产品，具有设备简单，成本低廉，安装布署方便，可扩展性强，便于推广应用等特点。 利用创新的导航系统，设计了智能巡航机器人Robocruiser。结合完整的智能监控系统软件以及相应的硬件系统，可实现基于互联网控制、自动巡航、监控系统、自动报告GPS定位、语音手语识别、自动监控、异常状况识别与反应等功能。在全自主实时监控和异常状况全自动处理方面，已有较成熟的应用。产品已获得本领域专家与相关企事业单位的肯定和认可，并取得投产意向。 通过简单的设备升级和部署，本系统可应用于各类需监控的公共场所及企事业单位，或因条件限制不利于人工实施的环境，具备较强的快速应用及广泛适用性。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的和思路： 随着现代科学术与信息社会的进一步发展，机器人技术正源源不断地向人类活动的各个领域渗透，在日趋智能化的机器人技术中，自主移动式机器人扮演了极重要的角色。而其中，导航系统是机器人实现自主移动的核心。正是基于这个现状我们开发了这套基于类GPS红外全局定位和单目视觉的巡航机器人. 创新点： （1）基于类GPS红外全局定位系统能模拟GPS卫星全球定位系统，利用基座发射和反射红外信号，灵活、精准、快速地解决多路标架设问题和自定位问题，可实现对机器人全局目地的自主移动。 （2）单目视觉处理系统能很好解决现有双目或多目视觉识别技术的复杂性，仅使用一台摄像机，利用对单帧画面的时事分析可以快速稳定地实现移动路径的规划，使机器人的避开障碍。 技术关键： 涉及了图象捕捉和识别，红外全局定位，单目视觉技术， 网络连接与实时传输，自动控制，智能监控以及自动故障处理能力。 主要技术指标： 红外全局定位系统经总参测绘研究所评定，定位误差半径小于0.05m
科学性、先进性
- 科学性与先进性： （1）基于类GPS红外全局定位系统利用GPS的两点定位原理，用两个红外信号点代替通信卫星解决环境全局定位与路径规划问题，通过巧妙的创新简化了整个分析过程，硬件要求大大降低，设备成本低廉，布署简单灵活，有很好的兼容性和稳定性，可在多种环境以及多种智能设备中应用，具备很高的前瞻性和可应用性。 （2）单目视觉系统识别效果达到市场中较成熟的双目或多目立体视觉系统的水平，同时克服了现行系统中硬件复杂，处理速度较慢，需要庞大的知识库支持等问题。单目视觉系统仅用一台摄像机，结合超声雷达，完成路线自动规划，自主识别、避开障碍物，并可全局定位，具有较快的反应速度和较高稳定性。 （3）巡航机器人主体能基于无线网络，装备红外、超声传感器和针孔双向语音摄像头，可自行充电，实现自动避障巡航、自动远程报警、自动报告位置坐标、自动处置事故。搭载不同设备可用于不同场合的监控与故障处理。用户可以通过因特网远程接收机器人实时获得的图像和语音信号，这与现行机器人系统相比有显著的进步。
获奖情况及鉴定结果
- （1）该作品软件系统主窗体部分于2008年8月在微软高校技术俱乐部学生实践项目中取得优异成绩，微软亚洲研究院于同年替作者申报了专利，同时本作品作者也被录入微软亚洲人才库。 （2）测控定位系统于2009年4月得到了总参谋部测绘研究所马永社教授的认可。 （3）单目视觉系统在2009年6月得到国家“视听觉信息的认知计算”培育项目负责人袁泽剑教授的评定认可。 （4）该作品消防硬件系统于2009年3月得到了陕西省公安消防总队副总工程师任清杰的推荐评定。 （5）基于类GPS红外全局定位及单目视觉机器人监控系统已与西安全星智能电子有限责任公司合作生产.
作品所处阶段
- 中试阶段(现已与西安市全星智能电子有限责任公司合作试生产）。
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物 现场演示 视频演示 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点: (1)类GPS红外全局定位系统系统模拟GPS系统，使用地面基座发射两个红外信号，利用天顶反射信号构成室内类GPS系统，实现机器人的全局自主移动。 (2)单目视觉系统仅用一台摄像机，通过地面分析引导机器人快速避障的全局定位移动。 优势: 本项目提出了一种创新的导航系统，可实现灵活、精准、快速的全局环境定位，相比市场现行系统具有成本低廉、设备简单、免安装便于移动的优势。我们还设计了基于此导航系统的机器人，可实现精确全局定位，并且采用无线网络传输设计，支持多操作终端、多网络协议，通用性强。 适用范围与市场效益: 通过简单的升级和部署，智能巡航机器人可应用于各类需监控的公共场所及企事业单位，或因条件限制不利于人工实施的环境。作品具备快速应用能力及广泛适用性，满足各种室内环境下的自动定位与目标移动的需求，可扩展性强，具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 一.机器人定位系统现状： （1）超声传感器定位：2004年IEEE智能机器人与系统会议上，韩国LG数字电子实验室的研究人员提出了一种能在100平方米范围内精度达到8厘米，角度精度达到5度的超声定位方法。优点：总体架构稳定，反映灵敏。不足之处：结构复杂，成本高。 （2）基于射频识别（RFID）技术的路标定位：德国蒂宾根大学研究者于2008年在欧洲射频识别会议上提出基于无线局域网（WLAN）、蓝牙和激光的三种定位方式，其中无线局域网定位方式平均定位误差3.545米，蓝牙0.474米，激光0.435米，需事先架设局域网络，可以在复杂环境内移动。优点：定位精确高，误差范围小。不足之处：成本高，定位需预存全局地图和规划路径。 （3）陀螺仪定位：通过测量机器人的加速度(惯性)，并自动进行积分运算，获得机器人瞬时速度和瞬时位置数据的技术。陀螺仪工作时不依赖外界信息，不易受到干扰。优点：系统稳定，不易受外界信息的干扰。不足之处：成本过高，对场地需特征训练。 （4）基于视觉定位：2007年美国、德国、瑞典研究者在国际机器视觉大会（ICVS）提出基于路标的视觉定位，通过可转动的视觉系统辅之以全局地图进行定位。优点：定位精度高，可进行全局定位。不足之处：整套定位系统成本高昂。 （5）我们的作品“基于类GPS红外全局定位”优点：定位精确，结构简单便于布置，成本较低。不足之处：技术还有待提高。 二.单目视觉系统现状： 目前的单目视觉系统主要基于事先预存好的模型或基于移动单目视觉以获得深度信息，其中，基于预存模型与基于移动单目视觉比较有名的研究成果分别是Andrer Ng在nips'05上发表的论文Learning Depth from Single Monocular Images和Anat Levin在SIGGRAPH 2007上发表的论文Image and Depth from a Conventional Camera with a Coded Aperture.但这两种方式理论复杂，需要庞大知识库支持，基于预存好的模型，要求设备具有强大的计算能力。 我们的作品“单目视觉系统” 的优点：导航效率高，技术理论简单，对环境有良好的适应性。不足之处：系统稳定性还有待提高。
