服務(wù)機(jī)器人常用的定位導(dǎo)航技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)分析

ID:156214 · 發(fā)表于 2017-5-5 11:22

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。那么，在現(xiàn)有SLAM技術(shù)中，機(jī)器人常用的定位導(dǎo)航技術(shù)有哪些呢？

視覺(jué)定位導(dǎo)航

視覺(jué)定位導(dǎo)航主要借助視覺(jué)傳感器完成，機(jī)器人借助單目、雙目攝像頭、深度攝像機(jī)、視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備或基于DSP的快速信號(hào)處理器等其他外部設(shè)備獲取圖像，然后對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，將采集到的圖像信息進(jìn)行壓縮，反饋到由神經(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)，然后由子系統(tǒng)將采集到的圖像信息與機(jī)器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來(lái)，完成定位。

優(yōu)點(diǎn)：

·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；

缺點(diǎn)：

·圖像處理量巨大，一般計(jì)算機(jī)無(wú)法完成運(yùn)算，實(shí)時(shí)性較差；

·受光線條件限制較大，無(wú)法在黑暗環(huán)境中工作；

超聲波定位導(dǎo)航

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。

優(yōu)點(diǎn)：

·成本低廉；

·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；

缺點(diǎn)：

·容易受天氣、周圍環(huán)境（鏡面反射或者有限的波束角)等以及障礙物陰影，表面粗糙等外界環(huán)境的影響；

·由于超聲波在空氣中的傳播距離比較短，所以適用范圍較小，測(cè)距距離較短。

·采集速度慢，導(dǎo)航精度差；

紅外線定位導(dǎo)航

紅外線定位導(dǎo)航的原理是紅外線IR標(biāo)識(shí)發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過(guò)安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。

優(yōu)點(diǎn)：

·遠(yuǎn)距離測(cè)量，在無(wú)反光板和反射率低的情況下能測(cè)量較遠(yuǎn)的距離；

·有同步輸入端，可多個(gè)傳感器同步測(cè)量；

·測(cè)量范圍廣，響應(yīng)時(shí)間短；

缺點(diǎn)：

·檢測(cè)的最小距離太大；

·紅外線測(cè)距儀受環(huán)境的干擾較大，對(duì)于近似黑體、透明的物體無(wú)法檢測(cè)距離，只適合短距離傳播；

·有其他遮擋物的時(shí)候無(wú)法正常工作，需要每個(gè)房間、走廊安裝接收天線，鋪設(shè)導(dǎo)軌，造價(jià)比較高；

iBeacon定位導(dǎo)航

iBeacon是一項(xiàng)低耗能藍(lán)牙技術(shù)，工作原理類似之前的藍(lán)牙技術(shù)，由Beacon發(fā)射信號(hào)，藍(lán)牙設(shè)備定位接受，反饋信號(hào)。當(dāng)用戶進(jìn)入、退出或者在區(qū)域內(nèi)徘徊時(shí)，Beacon的廣播有能力進(jìn)行傳播，可計(jì)算用戶和Beacon的距離（可通過(guò)RSSI計(jì)算）。通過(guò)三個(gè)iBeacon設(shè)備，即可對(duì)其進(jìn)行定位。

優(yōu)點(diǎn)：

·定位精度比傳統(tǒng)的GPS高，可從一米到幾十米；

·功耗小、時(shí)延低、成本低、傳輸距離遠(yuǎn)；

缺點(diǎn)：

·受環(huán)境干擾大，信號(hào)射頻不太穩(wěn)定；

·安裝、開(kāi)發(fā)和維護(hù)方面均存在需要克服的難點(diǎn)，使用時(shí)保證設(shè)備信號(hào)不被遮擋；

燈塔定位導(dǎo)航

燈塔定位導(dǎo)航技術(shù)在掃地機(jī)器人領(lǐng)域使用的比較多。導(dǎo)航盒發(fā)射出三個(gè)不同角度的信號(hào)，能夠模擬GPS衛(wèi)星三點(diǎn)定位技術(shù)，讓其精準(zhǔn)定位起始位置和目前自身所在坐標(biāo)，導(dǎo)航盒如同燈塔，其作用為發(fā)射信號(hào)，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)和工作。

優(yōu)點(diǎn)：

·引擎穩(wěn)定性高，路徑規(guī)劃可自動(dòng)設(shè)置

缺點(diǎn)：

·燈塔定位沒(méi)有地圖，容易丟失導(dǎo)航；

·需要充電樁或者其他輔助裝備；

·精度不高；

激光定位導(dǎo)航

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。

優(yōu)點(diǎn)：

·是目前最穩(wěn)定、最可靠、最高性能的定位導(dǎo)航方法；

·連續(xù)使用壽命長(zhǎng)，后期改造成本低；

缺點(diǎn)：

·工業(yè)領(lǐng)域的激光雷達(dá)成本比較昂貴；

在激光測(cè)距中，激光雷達(dá)憑借良好的指向性和高度聚焦性，使得激光雷達(dá)+SLAM技術(shù)相結(jié)合的激光SLAM成為主流定位導(dǎo)航方式。SLAMTEC—思嵐科技的自主定位導(dǎo)航技術(shù)采用的就是激光+SLAM技術(shù)。

RPLIDAR A2采用三角測(cè)距原理，配合自主研發(fā)的SLAMWARE核心算法，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主定位導(dǎo)航與路徑規(guī)劃。主要應(yīng)用于服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航與定位、需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的服務(wù)機(jī)器人、工業(yè)領(lǐng)域、環(huán)境掃描與3D重建等領(lǐng)域。

RPLIDAR T1采用的是時(shí)間飛行法（TOF）中的脈沖測(cè)距法，以滿足高速度和遠(yuǎn)距離的測(cè)距要求。主要應(yīng)用在工業(yè)AGV、服務(wù)機(jī)器人或輕量級(jí)無(wú)人駕駛產(chǎn)品中。

SLAM簡(jiǎn)介

SLAM（及時(shí)定位與地圖構(gòu)建）技術(shù)是機(jī)器人在自身位置不確定的條件下，在完全未知環(huán)境中創(chuàng)建地圖，同時(shí)利用地圖進(jìn)行自主定位和導(dǎo)航。并且，在實(shí)時(shí)定位中由于通過(guò)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)估計(jì)得到的位置信息通常具有較大的誤差，一般需要使用測(cè)距單元探測(cè)的周圍環(huán)境信息來(lái)更正位置。

由于應(yīng)用場(chǎng)景的不同，SLAM技術(shù)分為VSLAM、Wifi-SLAM和LidarSLAM。Lidar SLAM是目前實(shí)現(xiàn)機(jī)器人同步定位于地圖構(gòu)建最穩(wěn)定、可靠和高性能的SLAM方式。

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