一、课题研究目的及意义

移动机器人是一类通过自身携带的传感器来感知外部环境以及自身状态的机器系统，其具备了在障碍环境中完成相应作业的功能。随着科学技术的快速进步和发展，机器人的研究与应用也越来越普及。现在有一些自主移动机器人已经应用于井下探险、排爆等危险环境下进行作业。为了保证机器人能够安全高效的完成指定的任务，就需要实时地不断感知周围环境以及获取相应作业对象的信息，检测路径中的障碍。而能够实现这些功能的媒介就是通过安装在机器人身上的各类传感器，主要有激光、红外、超声波以及视觉传感器等。其中，基于视觉的移动机器人是通过视觉传感器来获取信息，然后进行图像处理，最后能够高效的识别并能够判断出障碍物的位置信息，并动态地规划出无碰撞路径抵达目标地，这使得其能够在道路和野外连续地、实时自主的进行作业。该研究主要涉及了数字图像处理、机器视觉、避障策略即路径规划，体现了人工智能技术的最新成果，并在许多领域得到了广泛的应用，具有重大的研究意义和实际应用价值。本文主要针对移动机器人的视觉避障方法进行了探索与研究。

智能机器人在现代科研、工业、民用中起着不可或缺的作用，经过特殊的设计可将其应用于广泛的领域。如智能家居，汽车无人驾驶，大疆mavic pro无人机，危险环境的探测工作等等。这给人们的日常工作，生活以及科学研究带来了极大的便利。智能机器人不仅可以适应不同环境，而且可以在人类无法进入或生存的环境中完成人类所无法完成的探测任务。同时其也适用于国防及民用等多个领域，这对人类的科学研究、远程监控、探索未知领域等都有着重大意义。

二、国内外发展现状

基于视觉移动机器人有着广泛的应用前景，并受到世界各国的高度重视，特别是由美国、德国、法国等主导的发达国家均投入了大量的物力、人力进行研究，并在一些方面取得了突破性的进展，其研究水平和技术成果处于世界前列。作为机器人的诞生地，美国已将其应用于外星球的勘探和采矿等工作，如美国的”勇气号”和”机遇号”火星探险车，均用于探测火星上是否有水、是否支持生命。德国凯撒斯劳工业大学的机器人研究实验室研制了移动机器人RAVON，该车前部有两个Sony DFW V500D摄像机所组成的视觉系统主要负责检测远侧的障碍物；车体的前方顶部还装有两个摄像机组成的立体视觉系统，主要负责更远处的观测以及规划任务。法国LAAS实验室研制出智能移动机器人HILARE，该车使用了三轮结构，车身前方的一个轮子为支撑轮，后边两个轮子为驱动轮。其视觉系统集成了两种模式：动态模式、静态模式。动态模式下。小车在行驶过程中，通过分析图像序列，选择鲜明图像特征作为”自然信标”以进行跟踪，从而实现部分特征匹配集合。静态模式下，每隔数秒或数十秒，机器人会停止不动，通过立体摄像头来获取图像，匹配所提取的直线段，并进行路径规划。借助于视觉传感器，HILARE机器人在性能上有了很大提升，但并没有达到完全自主，还有许多工作需要做。

受经济条件等方面的制约，我国在视觉移动机器人领域的研究方面起步比较晚，与美国等一些发达国家仍有一定的差距。但在国家的支持下，特别是在”七五”、”八五”、”九五”等国家科技攻关计划以及在”863”高技术研究发展计划的重点支持下，我国在视觉移动机器人技术方面取得了一些重大发展，并研制出了一些原理样机，如清华大学所研制出的智能移动机器人THMR-V，国防科技大学所研制出的白主车CITAVT-IV，清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、南京理工大学、国防科技大学等高校联合研制的陆地自主车ALVLAB以及吉林大学研制的AGV车等。虽然我国在某些关键技术达到或者接近国际先进水平，但总体而言我国的视觉移动机器人技术水平与国外发达国家相比还是有着较大的差距，特别是在复杂、未知环境下的视觉移动机器人能否自主地导航、避障问题上仍需要更加深入的研究。

三、难点及方法综述