移動機器人導航技術(1)概述

移動機器人的導航技術分很多種, 應該說是移動機器人最活躍的部分.

正是由於導航技術目前尚無定論, 造成了移動機器人的拓撲結構, 控制技術有非常大的不確定性. (關於這一點, 將在移動機器人的控制技術--組合爆炸 相關章節中介紹)

移動機器人的導航技術總體說來分成5大類.

• 1) GPS
• 2) SLAM
• 3) Vision
• 4) LPS
• 5) IMU慣導

幾類技術的原理和應用場景相差非常大.

• 1) GPS , 是基於全球定位系統, 總歸有一個外部的參照, 可以採用感測的方式, 通信的方式 獲得位置.
• 優點: 全局性好
• 缺點: 解析度低, 高解析度的GPS目前價格較高
• 2) SLAM, 同步導航和建模. 它的基本假設是環境具有一定的參照性(空曠場地不行), 具有一定的固定性(不能所有牆體都移動), 所以, 通過學習環境, 猜測自己的位置.
• 優點: 無需先驗知識,
• 缺點: 對環境依賴性高, 可靠性不能達到100%.
• 3) Vision, 基於視覺, 發展最快, 機器人的腦眼協調將在未來幾年內完成.
• 優點: 靈活, 信息量巨大,
• 缺點: 還需要幾年的時間成熟, 被若干大公司掌握, 小公司和個人團隊暫時難以全面接手, 尚無完整的api, 開源社區的很多東西的可靠性還不敢用於商業, 敢用於商業的還都比較貴.
• 4) LPS: Local Position System. 事前建立一套具有本地絕對坐標系的系統, 常見的包括超聲室內定位系統(人民大學王永才教授, 5cm精度), 基於Wifi信號相位的UWB系統(價格有點高, 30cm精度), 基於wifi探針的定位系統(0.5m精度), 地面磁條(1cm精度), 地面色條, 地面二維碼(1mm精度, 行業內有0.1mm精度的方案), 地面RFID, 光學星座導航,
• 優點: 有絕對坐標, 沒有累積誤差; 因地制宜的選擇技術方案, 受干擾性小
• 缺點: 尚無好的通用方案, 尚未形成行業標準, 沒有規模化, 商業化和價格都差別較大
• 餐飲用地磁,
• 5) IMU, 基於慣性導航的基礎. 靜默狀態的潛艇採用的就是此類技術. 用於移動機器人有特別適合的應用, 就是位置變動量很精確.
• 優點: 成本低
• 缺點: 累積精度差, 往往需要與以上1)~4)中進行組合, 對演算法要求高,

具體什麼場合選用哪種導航方案, 或者如何進行排列組合, 目前還是在演化過程中, 是移動機器人各種方案中最活躍的部分.

我們推薦用4)提高可靠性, 5)作為重點研發方向, 一旦突破, 成本優勢明顯,

1)2)比較成熟, 應用即可, 3)的話持續觀望.

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酒店行業, 盡量用2)

醫療行業, 2)就不是很合適

餐飲行業, 用4)的磁條+rfid, 埋在地毯下面, 是性價比最高的方案

家庭, 用2)Slam目前最適合, 將來進化為2)與3)的結合,

野外環境, 能夠接受到GPS信號的地方, 用1) , 將來進化為1)與3)的結合.

工廠環境, 由於比較複雜, 小型工廠用4)+5), 大型工廠, 必須要具體分析綜合應用以上所有技術方案.

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