移动机器人有哪几种导航方式？

隨著科學技術的進步，移動機器人已在諸多行業(yè)被廣泛應用，它是實現(xiàn)自主控制移動、自動執(zhí)行工作的智能裝置，不僅能接受用戶的指揮，運行預先編排的程序，甚至能在無人干預的情況下實現(xiàn)自主移動。根據(jù)機器人導航方式的不同，目前的機器人導航方式主要可分為慣性導航、路標導航及激光導航等，而激光導航憑借其靈活自主的優(yōu)勢，成為現(xiàn)下實現(xiàn)機器人自主移動的主流導航方式。

移動機器人慣性導航

慣性導航是一門涉及精密機械、計算機技術、微電子、光學、自動控制等多學科和領域的綜合技術。通過描述機器人的方位角和根據(jù)從某一參考點出發(fā)測定的行駛距離來確定當前位置的一種方法。這種導航方式通過與已知的地圖路線來比較，進而對移動機器人控制它的運動方向和距離，這樣便能實現(xiàn)機器人的自主導航。

其主要工作原理是以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度、角加速度，將它對時間進行一次積分，求得運動載體的速度、角速度，之后進行二次積分求得運動載體的位置信息，然后將其變換到導航坐標系，得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置信息等。

慣性導航原理圖

這種導航方式的優(yōu)點在于其無需受氣候條件及外部信息的干擾，但隨著時間的積累，在對其進行積分之后，就算是一個很小的常數(shù)，它的誤差也將無限增大，因此，慣性導航里所用的傳感器對于長時間的精確定位是不合適的。

移動機器人路標導航

路標導航是指通過對移動機器人的內(nèi)部傳感器輸入信息，并且能識別出的特殊環(huán)境的標志，這種路標本身具有固定的位置，可以是數(shù)學中的幾何形狀，也可以是字母及二維碼等。根據(jù)機器人所使用路標的不同，也可分為人工路標導航和自然路標導航兩大類。

人工路標導航是事先對機器人行走路線做好標記，通常采用特殊設計的顏色或紋理結(jié)構(gòu)、信息圖案等，這些圖案一般是用紙片打印制作，通過環(huán)境光照明使攝像機感光成像。從而為機器人在環(huán)境中安裝專用的導航路線，這種導航方式相對較容易實現(xiàn)，但容易受環(huán)境光照變化的影響，穩(wěn)定性差。

而自然路標導航是機器人不對原有的路線環(huán)境進行改變，而是通過對周圍環(huán)境進行自然特征的識別來實現(xiàn)導航，常規(guī)做法主要是利用地圖幾何特征，抽取Voronoi圖交叉點作為顯著地點的方法。這種導航方式雖不破壞原有環(huán)境，普適性好，但計算復雜、魯棒性不強。究其原因，主要是因為自然路標的檢測和提取比較復雜，常需要保存機器人視野中的所有圖像信息，然后進行特征的提取，存儲，檢測，匹配等?？紤]到一個典型的室內(nèi)場景圖像中往往存在太多的特征點，或者在室內(nèi)導航過程中，檢測到數(shù)據(jù)庫中存在類似的場景，再加上局部特征點維度等種種因素，往往會導致應用所需的計算復雜度過高。

移動機器人激光導航

激光導航主要是基于SLAM的原理，實現(xiàn)機器人在未知環(huán)境中的自主定位、建圖及路徑規(guī)劃等功能，相比于上面所介紹的慣性導航及路標導航更具靈活及自主性。其主要是通過激光來獲取周圍環(huán)境的信息，測量激光從發(fā)出到接收的時間，計算出自身距離及前方障礙物的距離，通過算法的處理，得出環(huán)境模型，在不斷的掃描測距中獲取自身定位及行走路線。

如今，在家庭、商場、餐廳等領域，應用激光導航的機器人已占多數(shù)，覆蓋了室內(nèi)全場景。在餐廳，送餐機器人可以隨意走動，即使在人多的時候也不會撞到客人；在商場，如果迷路了，點擊機器人身上的大屏幕就能被帶到目的地；在家里，掃地機器人知道哪些地方掃過，哪些地方?jīng)]掃過...。相信這是大多數(shù)人心中的理想機器人，但這看上去簡單的操作，對機器人來說卻存在極大的挑戰(zhàn)，僅依靠激光雷達、攝像頭等單一傳感器，顯然是無法實現(xiàn)的，還需要額外的算法來配合。

例如，采用激光導航的掃地機器人，在其身上安裝激光雷達，配合SLAM算法，可幫助掃地機實現(xiàn)自主定位與建圖，從而讓其實現(xiàn)智能導航及路徑規(guī)劃。完全無需人工干預，結(jié)合對應軟件達到數(shù)據(jù)互通，創(chuàng)建可視化實時地圖，通過分區(qū)清掃便能掌握已掃及未掃區(qū)域。

國內(nèi)思嵐科技作為最早將激光導航應用于機器人的企業(yè)，其研發(fā)的自主定位導航技術已成熟的應用于導引導覽、運輸配送及安檢巡邏等各個方面的機器人中，即使是優(yōu)必選、微軟、科大訊飛等知名企業(yè)的服務機器人項目也使用了思嵐科技的產(chǎn)品。

為了實現(xiàn)機器人的智能行走，思嵐科技為之付出了極大的努力，從2009年開始，思嵐科技便致力于定位導航技術的研究，在技術、市場及產(chǎn)品生產(chǎn)中做足了功課。不僅需要對產(chǎn)品進行研發(fā)及打磨，還需在保證產(chǎn)品品質(zhì)及成本的情況下實現(xiàn)量產(chǎn)，尤其是激光雷達產(chǎn)品在組裝的過程中，對材料及順序都有嚴格要求，在調(diào)校上，由于工人對于行業(yè)及產(chǎn)品了解較少，實際操作中會面臨較大的困難，而初創(chuàng)企業(yè)又難以效仿大企業(yè)雇傭有多年經(jīng)驗的技工，因此，思嵐科技通過計算機進行輔助，利用自動化的方式進行激光的調(diào)校，以此降低對工人個人能力的要求，在控制激光雷達成本的同時還能保證品質(zhì)。

憑借多年努力及市場的認可，如今，思嵐科技已擁有360°激光掃描測距雷達、模塊化自主定位導航方案SLAMWARE及通用型服務機器人底盤ZEUS系列三大核心產(chǎn)品線。旗下業(yè)務遍布亞歐美洲等20多個國家和地區(qū)，服務超過2000家企業(yè)，個人使用用戶也達到10萬以上，成為業(yè)內(nèi)的主導企業(yè)。