由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備以上這些特點(diǎn), 而移動(dòng) 機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)性要求很高的非線性系 統(tǒng), 因此, 近年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制在移動(dòng)機(jī)器人 導(dǎo)航領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。這些應(yīng)用主要體 現(xiàn)在: 在視覺系統(tǒng)中對(duì)圖像信息的處理, 移動(dòng)機(jī)器人 的避障和路徑規(guī)劃, 移動(dòng)機(jī)器人定位和路徑跟蹤。 在圖像信息的處理方面, 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅具有很 高的處理速度, 還可以充分利用其非線性處理能力 來達(dá)到環(huán)境及路標(biāo)辨識(shí)的目的。采用模糊邏輯能夠 分離圖像中的邊界像素, 獲取物體的輪廓。采用多維 分布式計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行運(yùn)算可以進(jìn)一步提高處理速 度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以完成機(jī)器人內(nèi)部坐標(biāo)和全局坐 標(biāo)的快速轉(zhuǎn)換。
在避障和路徑規(guī)劃方面, 由于避障和路徑規(guī)劃 難以用明確的規(guī)則進(jìn)行評(píng)價(jià), 可以讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過 大量的實(shí)例學(xué)習(xí)來掌握。用模糊規(guī)則指導(dǎo)學(xué)習(xí)的網(wǎng) 絡(luò), 當(dāng)環(huán)境改變之后可以重新啟動(dòng)模糊規(guī)則進(jìn)行教 學(xué), 可以減少實(shí)例學(xué)習(xí)的工作量。
在移動(dòng)機(jī)器人的定位和路徑跟蹤方面, S. Ku rd 等對(duì)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器向主控制器提供最優(yōu)參數(shù)用 于機(jī)器人的定位進(jìn)行了研究[ 12 ]。單一模糊規(guī)則集對(duì) 直線跟蹤能取得良好的效果, 但對(duì)于曲線路徑的跟 蹤就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差, Y. H. Fung 利用雙重模糊 邏輯控制器對(duì)曲線路徑進(jìn)行跟蹤并取得了較好效 果[ 13 ]。
2.1.4 多傳感器信息融合
信息融合是針對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中使用多傳感器(多 個(gè)和ö或多類) 這一特定問題而展開的一種信息處理 的新的研究方向, 它充分利用多源數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性和 計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算與智能來提高結(jié)果信息的質(zhì)量。 這一技術(shù)首先廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域, 近幾年來在移 動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用。多傳 感器信息融合的基本原理是充分利用多個(gè)傳感器資 源, 通過對(duì)這些傳感器及其觀測信息的合理支配和 利用, 把多個(gè)傳感器在空間或時(shí)間上的冗余或互補(bǔ) 信息依據(jù)某種準(zhǔn)則來進(jìn)行組合, 以獲得被測對(duì)象的 一致性解釋或描述[ 14 ]。
目前, 有多種方法可用于多傳感器信息融合, 其 中較為重要的是D S 證據(jù)理論。證據(jù)理論的概念 是由A. P. Demp ster 在1967 年最先提出, 后來由他 的學(xué)生G. Shafer 進(jìn)一步發(fā)展完善。D S 證據(jù)理論 開始在專家系統(tǒng)中得到成功的應(yīng)用, 由于其研究問 114 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào)2 0 0 2 年 題的方式和內(nèi)容特別適合處理多傳感器集成系統(tǒng)的 信息融合問題, 因此該理論已成為信息融合的一個(gè) 重要理論基礎(chǔ)[ 15 ]。R. R. M u rphy 等已將D S 證據(jù) 理論應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的信息融合問題[ 16 ]。
此外還有加權(quán)平均法、貝葉斯估計(jì)法、統(tǒng)計(jì)決策 法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法、產(chǎn)生式規(guī)則法、模糊規(guī)則法 和人工智能方法等。
2.1.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究開始于軍事領(lǐng)域, 在軍事 和航天領(lǐng)域的模擬和訓(xùn)練中起到了非常重要的作 用。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是把計(jì)算機(jī)從善于處理數(shù)字的 單維信息轉(zhuǎn)變?yōu)樯朴谔幚砣怂芨惺艿降?、?shù)字化 以外的其他各種表現(xiàn)形式的多維信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技 術(shù)匯集了計(jì)算機(jī)圖形、多媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī) 接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù) 和人的行為學(xué)研究等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其主要特點(diǎn)是 通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成三維空間, 或是把其他現(xiàn)實(shí)環(huán) 境編制到計(jì)算機(jī)中, 產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”。通過相 應(yīng)的硬件手段的幫助, 如: 數(shù)據(jù)手套、立體眼鏡和頭 盔等設(shè)備, 產(chǎn)生“身臨其境”的感覺, 能夠操縱虛擬環(huán) 境中的物體的運(yùn)動(dòng), 并且使用者本身也能夠在其中 漫步、環(huán)顧[ 17, 18 ]。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中 在以下幾個(gè)方面: 一是作為遙操作界面, 可以應(yīng)用于 半自主式操作; 二是作為機(jī)器人視覺中自動(dòng)目標(biāo)識(shí) 別和三維場景表示的直觀表達(dá); 三是建立具有真實(shí) 感的多傳感器融合系統(tǒng)的仿真平臺(tái)[ 18 ]。
美國是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)源地, NA SA 的 AM ES 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正致力于一個(gè)叫“虛擬行星探 索”(V PE) 的試驗(yàn)計(jì)劃, 使“虛擬探索者”(virtual ex2 p lo rer) 利用虛擬環(huán)境來考察遙遠(yuǎn)的行星。麻省理工 學(xué)院(M IT ) 成立的媒體實(shí)驗(yàn)室建立了一個(gè)名叫BO 2 L IO 的測試環(huán)境, 利用這一環(huán)境M IT 建立了一個(gè)虛 擬環(huán)境下的對(duì)象運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤系統(tǒng)。英國Granf ield 的高級(jí)機(jī)器人研究有限公司(ARRL ) 也在從事虛擬 現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究與開發(fā)方面, 日本屬于世界領(lǐng)先國家之一, 其中東京大學(xué)的高級(jí) 科學(xué)研究中心最近的研究項(xiàng)目是主從系統(tǒng), 該系統(tǒng) 可以使用戶控制遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)和一個(gè)模擬人手的隨 動(dòng)機(jī)械臂[ 17 ]。