机器人底盘导航方式

機(jī)器人底盤是機(jī)器人自主移動(dòng)的基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)底盤的自主移動(dòng)也并非易事，需要做到自主定位導(dǎo)航及避障等功能。

目前市面上已有的導(dǎo)航方式可分為路標(biāo)導(dǎo)航、二維碼導(dǎo)航及激光SLAM導(dǎo)航等。

路標(biāo)導(dǎo)航

路標(biāo)導(dǎo)航是指通過對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的內(nèi)部傳感器輸入信息，并且能識(shí)別出的特殊環(huán)境的標(biāo)志，這種路標(biāo)本身具有固定的位置，可以是數(shù)學(xué)中的幾何形狀，也可以是字母及二維碼等。根據(jù)機(jī)器人所使用路標(biāo)的不同，也可分為人工路標(biāo)導(dǎo)航和自然路標(biāo)導(dǎo)航兩大類。

人工路標(biāo)導(dǎo)航是事先對(duì)機(jī)器人行走路線做好標(biāo)記，通常采用特殊設(shè)計(jì)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(jī)感光成像。從而為機(jī)器人在環(huán)境中安裝專用的導(dǎo)航路線，這種導(dǎo)航方式相對(duì)較容易實(shí)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(biāo)導(dǎo)航是機(jī)器人不對(duì)原有的路線環(huán)境進(jìn)行改變，而是通過對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行自然特征的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，常規(guī)做法主要是利用地圖幾何特征，抽取Voronoi圖交叉點(diǎn)作為顯著地點(diǎn)的方法。這種導(dǎo)航方式雖不破壞原有環(huán)境，普適性好，但計(jì)算復(fù)雜、魯棒性不強(qiáng)。究其原因，主要是因?yàn)樽匀宦窐?biāo)的檢測(cè)和提取比較復(fù)雜，常需要保存機(jī)器人視野中的所有圖像信息，然后進(jìn)行特征的提取，存儲(chǔ)，檢測(cè)，匹配等?？紤]到一個(gè)典型的室內(nèi)場景圖像中往往存在太多的特征點(diǎn)，或者在室內(nèi)導(dǎo)航過程中，檢測(cè)到數(shù)據(jù)庫中存在類似的場景，再加上局部特征點(diǎn)維度等種種因素，往往會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用所需的計(jì)算復(fù)雜度過高。

慣性導(dǎo)航

慣性導(dǎo)航是一門涉及精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子、光學(xué)、自動(dòng)控制等多學(xué)科和領(lǐng)域的綜合技術(shù)。通過描述機(jī)器人的方位角和根據(jù)從某一參考點(diǎn)出發(fā)測(cè)定的行駛距離來確定當(dāng)前位置的一種方法。這種導(dǎo)航方式通過與已知的地圖路線來比較，進(jìn)而對(duì)移動(dòng)機(jī)器人控制它的運(yùn)動(dòng)方向和距離，這樣便能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航。

其主要工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測(cè)量載體在慣性參考系的加速度、角加速度，將它對(duì)時(shí)間進(jìn)行一次積分，求得運(yùn)動(dòng)載體的速度、角速度，之后進(jìn)行二次積分求得運(yùn)動(dòng)載體的位置信息，然后將其變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置信息等。

慣性導(dǎo)航原理圖

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

激光SLAM導(dǎo)航

激光SLAM導(dǎo)航是目前業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)機(jī)器人最為廣泛的導(dǎo)航方式，以思嵐科技的Apollo機(jī)器人底盤為例，采用了激光SLAM導(dǎo)航方案，無需對(duì)環(huán)境進(jìn)行修改，即可在未知場景中完成實(shí)時(shí)定位并繪制高精度地圖，利用SharpEdgeTM精細(xì)化構(gòu)圖技術(shù)構(gòu)建高精度、厘米級(jí)別地圖，超高分辨率，不存在累加誤差。同時(shí)，構(gòu)建的地圖規(guī)則、精細(xì)，直接使用，無需二次優(yōu)化修飾，直接滿足使用預(yù)期。即時(shí)在復(fù)雜多變的場景下行走，Apollo機(jī)器人底盤也能實(shí)時(shí)識(shí)別環(huán)境中的人或其他障礙物，并做到靈活規(guī)避和路線規(guī)劃。

同時(shí)，Apollo機(jī)器人底盤還配備了超聲波、防跌落、深度攝像頭等多種傳感器，利用激光雷達(dá)傳感器可時(shí)刻掃描周圍環(huán)境，提供地圖數(shù)據(jù)，構(gòu)建精度高達(dá)5cm的地圖，并基于該地圖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃及導(dǎo)航功能;遇到玻璃、鏡面等高透材質(zhì)障礙物時(shí)，超聲波傳感器能讓Apollo及時(shí)識(shí)別、避讓；深度攝像頭傳感器則可偵測(cè)到位于雷達(dá)掃描平面上方的障礙物，并及時(shí)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行規(guī)避；而防跌落傳感器可幫助Apollo機(jī)器人移動(dòng)底盤全方位偵察周圍的工作環(huán)境，判斷工作區(qū)域是否存在邊界、臺(tái)階、坡度等情況，從而發(fā)送信號(hào)請(qǐng)求機(jī)器人移動(dòng)底盤改變前進(jìn)方便，避免跌落。

除了以上核心功能外， Apollo還可進(jìn)行虛擬墻&虛擬軌道設(shè)置，基于純軟件方式進(jìn)行操作，無需額外輔助鋪設(shè)，即可對(duì)Apollo進(jìn)行活動(dòng)范圍及行走路線設(shè)置。同時(shí)支持自主返回充電、云端遠(yuǎn)程管理及提供外擴(kuò)硬件支持等。