机器人控制技术

这是有关《自主移动机器人导论》的课程思维导图，是自动化专业的必修课程之一，其中执行机构的部分尚不完善，还请多多指正。

机器人控制技术

• 机器人的发展历程及体系结构
  • 机器人的定义
    • 能够半自主或全自主工作的智能机器
  • 发展历程
    • karel capek在科幻剧本 罗萨姆的万能机器 中首次提出
    • 第一代机器人
      • 未采用外部传感器
    • 第二代机器人
      • 采用外部传感器
    • 第三代机器人
      • 智能化
  • 体系结构
    • 分层式 基于知识
      • 特征
        • 完全建模
        • 基于功能
        • 串联实现
        • 由上至下
      • 例子
        • 传感 计划 行动 spa
        • nasrem
    • 包容式 基于行为
      • 特征
        • 不确定模型
        • 基于行为
        • 并联实现
        • 由下至上
      • 例子
        • elsie
        • genghis
    • 混杂式 更可行
• 感知
  • 定义
    • 利用传感器获取环境信息
  • 超声传感器的安装位置为何往往要高于红外传感器
    • 超声传感器离地面太近容易产生干扰信号，将可以翻越障碍当作不可翻越
  • 传感器的特征
    • 按传感器测量内容分
      • 本体感受型
      • 外感受型
    • 按传感器所测量信息的能量来源分
      • 主动型
      • 被动型
    • 传感器的特性
      • 工作范围
        • 工作下限
        • 工作上限
      • 稳定性
        • 时间稳定性
        • 条件变化稳定性
      • 响应特性和时间
      • 输出信号
        • 数字量
        • 模拟量
      • 供电电压和功率
      • 准确度和重复度
      • 死区和回差
  • 超声传感器
    • 超声的性质
      • 20khz
      • 反射，透射，折射
    • 声音在固体中传播速度最快，为何门关起来就听不到声音了呢
    • 原理
      • 发射器发射超声波，接收器接收超声波，计算间隔时间
      • d=ct/2
        • c=yrt
    • 发射与接收
      • 超声波换能器
        • 压电式
        • 磁致伸缩
          • 磁致伸缩效应为原理
          • 交变磁场 机械振动 超声波
          • 超声波 材料伸缩 电磁感应 感应电动势
  • 主动红外距离传感器p s d（gp2d12）
    • 原理
      • 发射器发射红外波，接收器接收红外波，计算间隔时间
    • 公式
      • 相似三角形
        • d=M*f/x
      • I1/I2=（L+Xa）/（L-Xa）
        • X a =L（I1-I2）/（I1+I2）
    • 数据拟合法
      • 插值法
  • 激光测距传感器
    • 原理
      • tof法
        • 接收到两束激光的时间差
      • 相位法
        • 两束光间的相位差
      • 三角测距法
        • 所需机构
          • 激光器
          • 接收器
          • 信息处理单元
          • 旋转机构
        • 公式
          • 相似三角形
    • sick公司的LMS-200
    • 缺点
      • 测量误差与测量距离相关
      • 存在测量盲区
      • 旋转机构抖动
  • 三种传感器对比
    • 范围
      • 激光 超声 红外
    • 价格
      • 激光 超声 红外
    • 输出方式
      • rs232 脉冲 模拟
    • 重量
      • 激光 超声 红外
    • 温度
      • -30—70 -20—50 -10—60
    • 功耗
      • 激光 超声 红外
  • gnss
    • 定义
      • 地球表面 近地空间 三维坐标 时间信息
    • gps
      • 应用领域
        • 导航
        • 授时
        • 高精度测量
      • 组成
        • 地面支持网
          • 5监测
          • 1主控
          • 3注入
        • 空中卫星群
          • 21工作
          • 3备用
          • 近圆轨道（20183km）
          • 周期12h
          • 三轴稳定
        • 用户设备
          • gps接收机
          • 天线
          • 控制显示设备
      • 用户终端数据输出方式
        • gprmc
      • 差分gps技术原理
        • 已知精密坐标点 GPS监测设备 双频gps接收机
    • g lo na s s
      • 1982—1996
    • galileo
      • 2002
    • beidou
      • 优势
        • 快速定位
        • 精密授时
        • 简短通信
  • 双目立体视觉
    • 定义
      • 类似人眼 空间深度
    • 视角越大 焦距越小
    • 焦距短 近距离，广大视野
    • 焦距长 远距离 小范围
  • 全景视觉系统
    • 定义
      • 360度范围景象
    • 分类
      • 万向
        • 所有景物在单幅图像
        • 存在盲点
        • 分辨率较低
      • 复眼
        • 每个视角下图像都有高分辨率
        • 采集频率低
        • 多相机校准同步
        • 价格昂贵
      • 全景
        • 不能生成动态场景
• 定位
  • 地图类型
    • 尺度
      • 栅格
      • 特征
      • 点云
    • 拓扑
    • 语义
  • 定位的挑战
    • 目标
      • 绝对位置
      • 相对位置
    • 影响因素
      • 传感器噪声
        • 环境不确定性
        • 传感器间干扰
        • 时间融合
        • 传感器融合
      • 传感器信息混叠
        • 多类型传感器融合
      • 执行机构噪声
      • 里程计误差
    • 误差的不确定性随时间快速增长
      • 引入外部传感器信息
  • 卡尔曼滤波器
    • 五步法
      • k-1的估计
      • k-1的误差
      • 卡尔曼增益
      • k的估计
      • 更新k的误差
    • 特点
      • 已知起始位置开始
      • 线性系统
  • 马尔可夫定位
    • 三步法
      • 里程计概率模型
      • 几种途径概率相加
      • 修正概率求解
    • 特点
      • 任何位置
      • 整个状态空间更新
      • 存储器和计算能力限制
  • 激光slam
    • 传感器
      • 激光雷达
      • 轮式里程计
      • 惯性测量单元
    • 地图
      • 覆盖栅格
      • 点云
    • 所用方法
      • 基于滤波器
        • 基于里程计状态预测
        • 基于观测器状态修正
        • 状态更新和地图更新
      • 基于图优化
        • 图表示
        • 节点表示位姿
        • 空间约束
        • 构建图 找到最优配置
    • 激光传感器维度
      • 二维
        • 粒子滤波
        • 梯度优化
        • 图优化
      • 三维
        • loam
        • ve lo
    • 数据预处理
      • 标定
      • 时间同步
      • 畸变去除
    • 帧间匹配
    • 回环检测
      • s can
      • ma p
      • 分支定界 延时决策
    • 存在问题
      • 地面凹凸不平
      • 退化环境
      • 地图动态更新
      • 动态环境定位
    • 发展趋势
      • 激光视觉融合
      • 增加激光线束
      • 改进构图和定位算法
  • 视觉传感器的标定
    • 定义
      • 求解 内参 外参 畸变参数的过程
    • 误差原因
      • 传感器制造误差
      • 镜头制造安装误差
    • 相机成像原理
      • 世界 相机 图像
    • 张正友标定法
      • 定义
        • 内参 外参 世界坐标
      • 图像生成v矩阵
      • v矩阵求单应矩阵
      • 单应矩阵求b
      • b求内参外参
      • 畸变模型
        • 给定目标
        • 优化变量
        • 求解算法
  • 视觉slam
    • 分类
      • 单目
        • 成本低
        • 距离不受限
        • 尺度不确定
        • 初始化
      • 双目
        • 计算深度
        • 距离不受限
        • 配置复杂
        • 计算量大
      • rbg
        • 主动测深度
        • 重建效果好
        • 测量范围小
        • 受日光材质干扰
    • 组成
      • 视觉里程计
        • 根据图像计算相机帧间运动
        • 对极约束
          • 单目相机存在尺度问题
          • 八点法
          • 单目相机纯旋转无法估计运动
        • 特征提取算法
          • 关键点
          • 描述子
        • 灰度不变
      • 后端优化
        • 回顾
          • 运动模型
          • 观测模型
          • 相机模型
        • 基于滤波器
        • 基于非线性
          • 图优化
          • 稀疏性
      • 回环检测
        • 识别 消除累计误差
        • bow
      • 建图
        • 导航用
        • 用于重构
        • 参数化模型
    • 3d刚体
      • 旋转矩阵
      • 角轴
      • 欧拉角
      • 四元数
    • 李代数
      • 微调相机位姿
• 规划
  • 分类
    • 路径规划
      • 初始 终止 环境地图
    • 轨迹规划
      • 时间约束
    • 运动规划
      • 运动学模型
  • 分类
    • 全局
    • 局部
    • 离线
    • 在线
  • rrt
    • 缺点 对环境类型不敏感
    • 改进
      • 最近点判断
      • 自适应步长
      • 双向扩展
  • 迪克斯特拉
    • 从起点到达其余所有点的最短路径
  • A*算法
    • 环境划分
    • 开启关闭
    • 选中节点
    • 考察周围
    • 更新列表
    • 判断终点
    • 有待改进
      • 路径平滑
      • 搜索快慢
      • 三维地图
      • 非方形搜索
      • 不同地区损耗
      • 多个目标
  • 人工势场法
    • 目标 吸引磁场
    • 障碍物 排斥磁场
    • 负梯度作为驱动力
  • 动态窗口法
    • 模拟轨迹 评价轨迹 选取最优轨迹
    • 避障 高速 缺一不可
• 执行
  • 轮式
    • 稳定
      • 至少2 一般3
    • 悬挂系统
    • 分类
      • 标准
        • 1自由度 1旋转轴
      • 偏心
        • 2自由 2旋转
      • 麦克纳姆
        • 1自由 多旋转
      • 球形
  • 腿式
    • 优点
      • 粗糙
      • 高技巧
    • 缺点
      • 难于控制
      • 动力机械复杂
    • 跳跃机
      • 优
        • 单点接触
        • 质量较小
        • 无需协调
        • 活力十足
      • 缺
        • 执行机构设计复杂
        • 难以保持平衡
    • 仿生学，生物启发