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移动机器人有哪几种导航方式?

 

随着科学技术的进步,移动机器人已在诸多行业被广泛应用,它是实现自主控制移动、自动执行工作的智能装置,不仅能接受用户的指挥,运行预先编排的程序,甚至能在无人干预的情况下实现自主移动。根据机器人导航方式的不同,目前的机器人导航方式主要可分为惯性导航、路标导航及激光导航等,而激光导航凭借其灵活自主的优势,成为现下实现机器人自主移动的主流导航方式。

移动机器人惯性导航

惯性导航是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制等多学科和领域的综合技术。通过描述机器人的方位角和根据从某一参考点出发测定的行驶距离来确定当前位置的一种方法。这种导航方式通过与已知的地图路线来比较,进而对移动机器人控制它的运动方向和距离,这样便能实现机器人的自主导航。

其主要工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度,将它对时间进行一次积分,求得运动载体的速度、角速度,之后进行二次积分求得运动载体的位置信息,然后将其变换到导航坐标系,得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。

移动机器人导航方式之惯性导航原理图

惯性导航原理图

这种导航方式的优点在于其无需受气候条件及外部信息的干扰,但随着时间的积累,在对其进行积分之后,就算是一个很小的常数,它的误差也将无限增大,因此,惯性导航里所用的传感器对于长时间的精确定位是不合适的。

移动机器人路标导航

路标导航是指通过对移动机器人的内部传感器输入信息,并且能识别出的特殊环境的标志,这种路标本身具有固定的位置,可以是数学中的几何形状,也可以是字母及二维码等。根据机器人所使用路标的不同,也可分为人工路标导航和自然路标导航两大类。

移动机器人导航方式:二维码导航

人工路标导航是事先对机器人行走路线做好标记,通常采用特殊设计的颜色或纹理结构、信息图案等,这些图案一般是用纸片打印制作,通过环境光照明使摄像机感光成像。从而为机器人在环境中安装专用的导航路线,这种导航方式相对较容易实现,但容易受环境光照变化的影响,稳定性差。

而自然路标导航是机器人不对原有的路线环境进行改变,而是通过对周围环境进行自然特征的识别来实现导航,常规做法主要是利用地图几何特征,抽取Voronoi图交叉点作为显著地点的方法。这种导航方式虽不破坏原有环境,普适性好,但计算复杂、鲁棒性不强。究其原因,主要是因为自然路标的检测和提取比较复杂,常需要保存机器人视野中的所有图像信息,然后进行特征的提取,存储,检测,匹配等。考虑到一个典型的室内场景图像中往往存在太多的特征点,或者在室内导航过程中,检测到数据库中存在类似的场景,再加上局部特征点维度等种种因素,往往会导致应用所需的计算复杂度过高。

移动机器人激光导航

激光导航主要是基于SLAM的原理,实现机器人在未知环境中的自主定位、建图及路径规划等功能,相比于上面所介绍的惯性导航及路标导航更具灵活及自主性。其主要是通过激光来获取周围环境的信息,测量激光从发出到接收的时间,计算出自身距离及前方障碍物的距离,通过算法的处理,得出环境模型,在不断的扫描测距中获取自身定位及行走路线。

如今,在家庭、商场、餐厅等领域,应用激光导航的机器人已占多数,覆盖了室内全场景。在餐厅,送餐机器人可以随意走动,即使在人多的时候也不会撞到客人;在商场,如果迷路了,点击机器人身上的大屏幕就能被带到目的地;在家里,扫地机器人知道哪些地方扫过,哪些地方没扫过...。相信这是大多数人心中的理想机器人,但这看上去简单的操作,对机器人来说却存在极大的挑战,仅依靠激光雷达、摄像头等单一传感器,显然是无法实现的,还需要额外的算法来配合。

移动机器人导航方式:扫地机激光导航

例如,采用激光导航的扫地机器人,在其身上安装激光雷达,配合SLAM算法,可帮助扫地机实现自主定位与建图,从而让其实现智能导航及路径规划。完全无需人工干预,结合对应软件达到数据互通,创建可视化实时地图,通过分区清扫便能掌握已扫及未扫区域。

国内思岚科技作为最早将激光导航应用于机器人的企业,其研发的自主定位导航技术已成熟的应用于导引导览、运输配送及安检巡逻等各个方面的机器人中,即使是优必选、微软、科大讯飞等知名企业的服务机器人项目也使用了思岚科技的产品。

为了实现机器人的智能行走,思岚科技为之付出了极大的努力,从2009年开始,思岚科技便致力于定位导航技术的研究,在技术、市场及产品生产中做足了功课。不仅需要对产品进行研发及打磨,还需在保证产品品质及成本的情况下实现量产,尤其是激光雷达产品在组装的过程中,对材料及顺序都有严格要求,在调校上,由于工人对于行业及产品了解较少,实际操作中会面临较大的困难,而初创企业又难以效仿大企业雇佣有多年经验的技工,因此,思岚科技通过计算机进行辅助,利用自动化的方式进行激光的调校,以此降低对工人个人能力的要求,在控制激光雷达成本的同时还能保证品质。

凭借多年努力及市场的认可,如今,思岚科技已拥有360°激光扫描测距雷达、模块化自主定位导航方案SLAMWARE及通用型服务机器人底盘ZEUS系列三大核心产品线。旗下业务遍布亚欧美洲等20多个国家和地区,服务超过2000家企业,个人使用用户也达到10万以上,成为业内的主导企业。

关键字:机器人导航方式,移动机器人导航方式

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