掃地機(jī)器人定位原理

小和

回答數(shù)：1971 2021-06-04 16:05:38

贊 0

1、掃地機(jī)器人基于信標(biāo)的定位

信標(biāo)定位原指在航?；蚝娇罩欣脽o(wú)線電基站發(fā)出的無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航的技術(shù)。對(duì)機(jī)器人室內(nèi)定位而言是指，機(jī)器人通過(guò)各種傳感器接收或觀測(cè)環(huán)境中已知位置的信標(biāo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出機(jī)器人與信標(biāo)的相對(duì)位置，再代入已知的信標(biāo)位置坐標(biāo)，解出機(jī)器人的絕對(duì)坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。用于定位的信標(biāo)需滿足3個(gè)條件：

（1）信標(biāo)的位置固定且信標(biāo)的絕對(duì)坐標(biāo)已知；

（2）信標(biāo)具有主被動(dòng)特征，易于辨識(shí)；

（3）信標(biāo)位置便于從各方向觀測(cè)。

信標(biāo)定位方式主要有三邊測(cè)量和三角測(cè)量。三邊測(cè)量是根據(jù)測(cè)量得到的機(jī)器人與信標(biāo)的距離來(lái)確定移動(dòng)機(jī)器人位置的方法。三邊測(cè)量定位系統(tǒng)至少需要3個(gè)已知位置的發(fā)射器(或接收器)，而接收器(或發(fā)射器)安裝在移動(dòng)機(jī)器人上。三角測(cè)量和三邊測(cè)量的思路大體一致，通過(guò)測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人與信標(biāo)之間的角度來(lái)進(jìn)行定位。

基于信標(biāo)的定位系統(tǒng)依賴于一系列環(huán)境中已知特征的信標(biāo)，并需要在移動(dòng)機(jī)器人上安裝傳感器對(duì)信標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。用于信標(biāo)觀測(cè)的傳感器有很多種，比如超聲波傳感器、激光雷達(dá)、視覺(jué)傳感器等?？梢詫?shí)時(shí)測(cè)量，沒(méi)有累進(jìn)誤差，精度相對(duì)較高、穩(wěn)定性好，提供快速、穩(wěn)定、精確的絕對(duì)位置信息，但安裝和維護(hù)信標(biāo)花費(fèi)很高。市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)較為成熟的基于信標(biāo)定位的信標(biāo)定位掃地機(jī)器人，如Proscenic的模擬GPS衛(wèi)星三點(diǎn)定位技術(shù)，iRobot的Northstar導(dǎo)航定位技術(shù)，但由于其價(jià)格較為昂貴，它們都用于相對(duì)高端的產(chǎn)品中。

低成本自主定位導(dǎo)航技術(shù)成為打入市場(chǎng)的關(guān)鍵點(diǎn)，近兩年來(lái)興起的國(guó)內(nèi)SLAMTEC-思嵐科技公司經(jīng)過(guò)多年的潛心研發(fā)，目前已相繼推出多款定位導(dǎo)航領(lǐng)域的產(chǎn)品，其中包括了RPLIDAR系列激光雷達(dá)和模塊化自主定位導(dǎo)航SLAMWARE，這相當(dāng)于為機(jī)器人裝上了“眼睛”和“小腦”，讓真正的智能式機(jī)器人離我們并不遙遠(yuǎn)。除了“眼睛”與“小腦”外，想要真正實(shí)現(xiàn)自主行走，一個(gè)控制運(yùn)動(dòng)的核心中樞更為重要，而SLAMTEC思嵐科技研發(fā)的SLAMWARE就相當(dāng)是機(jī)器人的“小腦”。SLAMWARE通常跟RPLIDAR系列配套使用，它集成了基于激光雷達(dá)的同步定位與建圖(SLAM)及配套的路徑規(guī)劃功能。解決機(jī)器人行走的問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，然而SLAMTEC思嵐科技創(chuàng)始人陳士凱表示，實(shí)際要遠(yuǎn)比想象中困難得多，這也是為什么市面上大多數(shù)的陪伴式機(jī)器人都不能行走的原因。目前市面上的激光雷達(dá)成本過(guò)高，不適合民用。市面上大部分掃地機(jī)器人還是用“隨機(jī)碰撞”替代“導(dǎo)航”——成本是阻礙激光雷達(dá)進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域的最大因素。目前，國(guó)外激光雷達(dá)產(chǎn)品售價(jià)均都在萬(wàn)元以上,而思嵐科技激光雷達(dá)目前售價(jià)已低至數(shù)百元。

2、掃地機(jī)器人環(huán)境地圖模型匹配定位

是機(jī)器人通過(guò)自身的各種傳感器探測(cè)周圍環(huán)境，利用感知到的局部環(huán)境信息進(jìn)行局部的地圖構(gòu)造，并與其內(nèi)部事先存儲(chǔ)的完整地圖進(jìn)行匹配。通過(guò)匹配關(guān)系獲得自己在全局環(huán)境中的位置，從而確定自身的位置。該方法由于有嚴(yán)格的條件限制，只適于一些結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的環(huán)境。

3、掃地機(jī)器人基于視覺(jué)的定位

科學(xué)研究統(tǒng)計(jì)表明，人類從外界獲得信息量約有75%來(lái)自視覺(jué)，視覺(jué)系統(tǒng)是機(jī)器人與人類感知環(huán)境最接近的探測(cè)方式。受益于模式識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展，基于視覺(jué)的機(jī)器人定位近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。

基于視覺(jué)的定位主要分為單目視覺(jué)、雙目視覺(jué)：

單目視覺(jué)無(wú)法直接得到目標(biāo)的三維信息，只能通過(guò)移動(dòng)獲得環(huán)境中特征點(diǎn)的深度信息，適用于工作任務(wù)比較簡(jiǎn)單且深度信息要求不高的情況，如果利用目標(biāo)物體的幾何形狀模型，在目標(biāo)上取3個(gè)以上的特征點(diǎn)也能夠獲取目標(biāo)的位置等信息，但定位精度不高。

雙目立體視覺(jué)三維測(cè)量是基于視差原理的,即左相機(jī)像面上的任意一點(diǎn)只要能在右相機(jī)像面，上找到對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn),就可以確定出該點(diǎn)的三維信息，從而獲取其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

4、掃地機(jī)器人地圖匹配法

機(jī)器人通過(guò)自身的各種傳感器探測(cè)周圍環(huán)境，利用感知到的局部環(huán)境信息進(jìn)行局部的地圖構(gòu)造，并與其內(nèi)部事先存儲(chǔ)的完整地圖進(jìn)行匹配。通過(guò)匹配關(guān)系獲得自己在全局環(huán)境中的位置。該方法受環(huán)境布局影響大，只適于一些結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的環(huán)境。

5、掃地機(jī)器人圖像匹配法

機(jī)器人通過(guò)事先移動(dòng)獲得環(huán)境中各特征點(diǎn)的圖像信息，利用目標(biāo)物體的幾何形狀模型，在目標(biāo)上取3個(gè)以上的特征點(diǎn)和探測(cè)到的圖像特征點(diǎn)進(jìn)行匹配。屬于指紋定位法的一種。

受元器件成本、性能及生產(chǎn)等因素的制約，航位推算法仍然是目前采用最廣泛的定位方法，但通過(guò)算法優(yōu)化，引入多種定位技術(shù)的混合定位，可以減小其累積誤差帶來(lái)的負(fù)面影響。