隨著智能機(jī)器人的快速發(fā)展，服務(wù)類的機(jī)器人也極為火爆起來(lái)，從最早的掃地機(jī)器人開(kāi)始，家庭陪伴機(jī)器人、送餐機(jī)器人等陸續(xù)進(jìn)入公眾視線。不管什么類型的機(jī)器人，只要自主移動(dòng)，就需要在家庭或其他環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航定位。假如用金字塔來(lái)表示機(jī)器人技術(shù)，那么定位導(dǎo)航作為最底層技術(shù)，正是構(gòu)建整個(gè)機(jī)器人的核心關(guān)鍵。如何實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人在不確定環(huán)境中自主定位導(dǎo)航一直都是機(jī)器人研究的一大核心課題，行業(yè)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行了多年的研究。自主導(dǎo)航作為一項(xiàng)核心技術(shù)，是賦予機(jī)器人感知和行動(dòng)能力的關(guān)鍵。今天我們就來(lái)解析一下機(jī)器人自主定位導(dǎo)航技術(shù)。

自主定位導(dǎo)航是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能化的前提之一，是賦予機(jī)器人感知和行動(dòng)能力的關(guān)鍵因素。如果說(shuō)機(jī)器人不會(huì)自主定位導(dǎo)航，不能對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行分析、判斷和選擇，規(guī)劃路徑，那么，這個(gè)機(jī)器人離智能還有一大截的差距。在不同的行業(yè)領(lǐng)域中不同的定位導(dǎo)航技術(shù)有著不同的優(yōu)勢(shì)，合理選用才能夠?qū)⒅悄軝C(jī)器人的性能發(fā)揮到最大。

視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是對(duì)機(jī)器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個(gè)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機(jī)器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來(lái)，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。

在視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部視覺(jué)的在機(jī)器人中安裝車載攝像機(jī)的導(dǎo)航方式。在這種導(dǎo)航方式中，控制設(shè)備和傳感裝置裝載在機(jī)器人車體上，圖像識(shí)別、路徑規(guī)劃等高層決策都由車載控制計(jì)算機(jī)完成。視覺(jué)定位導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要應(yīng)用于無(wú)人機(jī)、手術(shù)器械、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。

超聲波定位導(dǎo)航的工作原理是由超聲波傳感器發(fā)射探頭發(fā)射出超聲波,超聲波在介質(zhì)中遇到障礙物而返回接收裝置。通過(guò)接收自身發(fā)射的超聲波反射信號(hào)，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收時(shí)間差及傳播速度，計(jì)算出傳播距離S，就能得到障礙物到機(jī)器人的距離，即有公式： S=Tv/2 式中，T—超聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差；v—超聲波在介質(zhì)中傳播的波速。

超聲波定位導(dǎo)航技術(shù)成本低廉并可以識(shí)別紅外傳感器識(shí)別不了的物體，比如玻璃、鏡子、黑體等障礙物。但是這種定位導(dǎo)航技術(shù)容易受天氣、周圍環(huán)境等以及障礙物陰影，表面粗糙等外界環(huán)境的影響，適用范圍較小導(dǎo)航精度差。

激光定位導(dǎo)航的原理和超聲、紅外線的原理類似，主要是發(fā)射出一個(gè)激光信號(hào)，根據(jù)收到從物體反射回來(lái)的信號(hào)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算這段距離，然后根據(jù)發(fā)射激光的角度來(lái)確定物體和發(fā)射器的角度，從而得出物體與發(fā)射器的相對(duì)位置。

工作時(shí)，激光經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)鏡面機(jī)構(gòu)向外發(fā)射，當(dāng)掃描到由后向反射器構(gòu)成的合作路標(biāo)時(shí)，反射光經(jīng)光電接收器件處理作為檢測(cè)信號(hào)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序讀取旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的碼盤(pán)數(shù)據(jù)（目標(biāo)的測(cè)量角度值），然后通過(guò)通訊傳遞到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)已知路標(biāo)的位置和檢測(cè)到的信息，就可以計(jì)算出傳感器當(dāng)前在路標(biāo)坐標(biāo)系下的位置和方向，從而達(dá)到進(jìn)一步導(dǎo)航定位的目的。

如今，在智能機(jī)器人的導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用中，一般采用偽距差分動(dòng)態(tài)定位法，用基準(zhǔn)接收機(jī)和動(dòng)態(tài)接收機(jī)共同觀測(cè)4顆GPS衛(wèi)星，按照一定的算法即可求出某時(shí)某刻機(jī)器人的三維位置坐標(biāo)。差分動(dòng)態(tài)定位消除了星鐘誤差，對(duì)于在距離基準(zhǔn)站1000km的用戶，可以消除星鐘誤差和對(duì)流層引起的誤差，因而可以顯著提高動(dòng)態(tài)定位精度。

但是因?yàn)樵谝苿?dòng)導(dǎo)航中，移動(dòng)GPS接收機(jī)定位精度受到衛(wèi)星信號(hào)狀況和道路環(huán)境的影響，同時(shí)還受到時(shí)鐘誤差、傳播誤差、接收機(jī)噪聲等諸多因素的影響，因此，單純利用GPS導(dǎo)航存在定位精度比較低、可靠性不高的問(wèn)題，所以在機(jī)器人的導(dǎo)航應(yīng)用中通常還輔以磁羅盤(pán)、光碼盤(pán)和GPS的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航。另外，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)也不適應(yīng)用在室內(nèi)或者水下機(jī)器人的導(dǎo)航中以及對(duì)于位置精度要求較高的機(jī)器人系統(tǒng)。

除此之外，紅外線定位導(dǎo)航、iBeacon定位導(dǎo)航和燈塔定位導(dǎo)航等也是智能機(jī)器人比較常用的自主定位導(dǎo)航技術(shù)。