MATLAB基于回转力的机器人避障技术(2)

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1.1课题来源与研究背景

在我国四大名著之一《三国演义》中有一个场景，当时北伐时战事紧急而车马运力不足，为了给蜀国十万大军提供粮食，诸葛亮造出了木牛流马来运输，这种至今仍在不断探索的工具让人类的创造力再一次得到体现。然而更早的记录出自《列子・汤问篇》，据记载在西周时期，有一个叫做偃师的匠人制造了一个名为“倡者”的玩偶献给周穆王，这用木料、皮革、胶漆、黑炭等材料做成的玩偶不仅外形与真人十分相似，更可以按照人的意志灵活动作，一度在民间广为流传。虽然至今已三千多年的文字无法考证，它也可能只是撰文者的幻想，但从古老的中国的开始，机器人的想象就已经默默的开始萌发。

18世纪英国爆发了第一次工业革命，以蒸汽机为标志的动力机开始被广泛推进，代替了手工制造，在此之后，电力、内燃机以及新型交通工具、通讯手段突飞猛进，“自动化”成为一个新的标志。经过两次工业革命，各种各样的机械装置被发明并应用，世界各地出现了许多由时钟机构驱动，使用凸轮、杠杆传递运动的玩具和工艺品，这些无疑为机器人的发展做出了厚重的铺垫，机器人的雏形已然形成。1920年，一名捷克作家的科幻本中出现了“Robot”这样一个词，之后在1950年，美国当代最为著名的科普作家Isaac Asimov更直观的提出了机器人这个概念。他提出的“机器人三原则”在之后的机器人研究中起了重要作用。在机器人的理论形成之后，机构理论、伺服理论的发展将机器人推进了使用化阶段。1960年，美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，它可以作点位和轨迹控制，并第一次运用于工业生产。

计算机的发展，将曾经人们很多的想象变成了现实，也为机器人开辟了新的天地。与此同时，现代控制技术、传感技术、人工智能技术的不断成熟也让机器人得到了迅速发展，可以使之具有记忆及存储能力，但受到限制的是，这时的机器人只是按相应程序重复作业，对周围的环境基本没有感知与反馈控制能力。进入20世纪80年代，传感技术包括各种传感器和信息处理技术有了更为显著的成果，这便使机器人拥有了感觉，即通过传感技术等获得作业环境和作业对象的部分有关信息，然后进行一定的实时处理来引导机器人进行作业。如今的机器人不仅有着更为完善的环境感知能力，还具有逻辑思维、判断和决定的能力，更加“智能”化。

当机器人被赋予了越来越多的功能，需要完成更多更复杂的要求与应用时，越来越多的问题与困难也随之而来。首先一个最为基本也最为重要的问题是，我们需要机器人可以分析当前环境中的障碍并进行处理，也就是我们通常说的避障技术，机器人如何自己检测障碍物，并躲避在行进过程中即将遇到的障碍物，在[1]对目前移动机器人的研究中提出，在避障技术中导航和定位是最为重要的两个方向。再加之各项技术的应用，机器人的避障研究有许多方向和成果。

国内外学者及专家对机器人的避障技术研究方向各有不同，有基于视觉方向的，基于势场方向的等等，在如何能够使机器人绕过障碍物上这其中只涉及到一个因素则是使机器人检测到障碍后运动方向发生偏转，从物理上不难想到这个因素可以是一个力，发现障碍后，机器人可以给自己一个势力既不损失能量只是改变方向就可以避免与障碍发生碰撞，在许多研究中都提出了回转力，也分析了回转力，并通过它来得到群体运动并使按照恒定速度运动。因此，将回转力应用在机器人的避障技术上也显得可行并有其一定的优点，[2]更为明确详细的提出了回转力与避障，这也是本课题的来源。