2025年仿生机器人自主导航技术研究.pdfVIP

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

仿生机器人自主导航技术研究

I.研究背景

人类一直试图更深入地了解和模仿自然界的各种生物。仿生学

（bionics）是一门以生物学为基础的学科，通过研究自然界中各

种生物的特征、结构、功能等，来发展新的技术和产品。仿生学

的应用范围非常广泛，从简单的物品到复杂的系统，甚至到跨越

行业的革命性技术发展。

仿生机器人（biorobotics）是一种应用仿生学的机器人技术。

仿生机器人的主要思路是通过模仿各种生物，来实现机器人的智

能化和高效化。仿生机器人包括各种材料的制造和控制系统的设

计，比如人工智能（AI）、机器视觉和自主导航等。

自主导航（autonomousnavigation）是仿生机器人领域中的重要

技术之一。它使机器人能够自主地完成运动和大规模的探测任务，

如移动机器人的环境建模、全局定位、路径规划和避障等。自主

导航还具有很强的实用性和广泛的应用前景，在环保、救援、智

慧城市和人工智能等领域都有很多的研究和应用。

II.技术原理

自主导航技术包括移动机器人的环境感知、位置定位、路径规

划和避障等几个关键环节。其中，环境感知是最基本的，涉及到

机器人对自身环境的感知和理解能力。自主导航的主要原理是将

以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

机器人的运动控制系统和环境感知系统无缝集成到一起，让机器

人更好地感知周围环境，同时快速、准确地定位到自身位置。

(1)环境感知

环境感知是自主导航中最关键的技术，包括纯视觉、激光雷达、

声纳和超声波等多种感知方式。其中，激光雷达是目前最常用的

感知方式之一，它可以全方位扫描周围环境，建立三维地图，同

时可以进行障碍物检测和位置识别。

(2)位置定位

位置定位是自主导航中最核心的技术，主要有惯性导航、覆盖

双目视觉定位等多种方式。智能机器人的位置识别是通过识别摄

像头中拍到的物体的位置、形状、颜色等信息，实现位置识别和

定位。覆盖双目视觉定位可以在当前周围环境发生改变后，对环

境地图进行及时更新，以达到动态路径规划的目的。

(3)路径规划

路径规划是自主导航中非常重要的技术，由于机器人的自主性，

能够根据预设的目的地自行规划并按照设定好的路线前进。路径

规划需要根据目的地、环境地图和地图信息等因素，进行智能化

的分析和处理，以生成可行的路径方案，并根据当前车辆位置和

行驶状态进行动态调整。

(4)避障

为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。——张载

避障是自主导航中的重要技术之一。它通过机器视觉、激光雷

达、超声波等感知方式，实时检测和分析障碍物信息，并进行决

策和控制，以避免机器人与障碍物的碰撞和损坏。避障需要根据

机器人的运动状态和环境信息，及时调整机器人的运动轨迹，以

实现可靠、高效、安全地自主导航。

III.成果展示

在自主导航技术领域，国内外学者和企业已经取得了许多进展

的成果。例如，美国斯坦福大学的智能车创造了自动驾驶的纪录，

以达到了100公里每小时的时速。日本本田汽车通过学习昆虫群

集的行为，开发了一种复杂的交通系统，实现了交通流的优化和

减少堵车。

在国内，华为、百度等公司也已经投入巨资进行自主导航技术

的研究。其中，百度的智能驾驶技术车辆已经实现了自动驾驶的

实验，并取得了相