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AGV機(jī)器人常用的導(dǎo)航定位技術(shù)及原理

   隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，智能機(jī)器人早就不是什么新鮮事物。而AGV機(jī)器人作為新興發(fā)展起來的產(chǎn)業(yè)，逐漸成為目前行業(yè)的風(fēng)口浪尖，從最早的磁導(dǎo)航機(jī)器人開始，激光導(dǎo)航機(jī)器人、GPS導(dǎo)航機(jī)器人等陸續(xù)進(jìn)入公眾視線。

   不管什么類型的機(jī)器人，只要自主移動，就需要在其環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航定位。假如用金字塔來表示機(jī)器人技術(shù)，那么定位導(dǎo)航作為最底層技術(shù)，正是構(gòu)建整個機(jī)器人的核心關(guān)鍵。

   如何實現(xiàn)AGV機(jī)器人在不確定環(huán)境中自主定位導(dǎo)航一直都是機(jī)器人研究的一大核心課題，行業(yè)內(nèi)對其進(jìn)行了多年的研究。自主導(dǎo)航作為一項核心技術(shù)，是賦予機(jī)器人感知和行動能力的關(guān)鍵。下面再為大家盤點一下自主移動機(jī)器人常用的導(dǎo)航定位方法。


一、視覺導(dǎo)航定位
   在視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部視覺的在機(jī)器人中安裝車載攝像機(jī)的導(dǎo)航方式。在這種導(dǎo)航方式中，控制設(shè)備和傳感裝置裝載在機(jī)器人車體上，圖像識別、路徑規(guī)劃等高層決策都由車載控制計算機(jī)完成。
   視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要包括：攝像機(jī)（或CCD圖像傳感器）、視頻信號數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號處理器、計算機(jī)及其外設(shè)等?，F(xiàn)在有很多機(jī)器人系統(tǒng)采用CCD圖像傳感器，其基本元件是一行硅成像元素，在一個襯底上配置光敏元件和電荷轉(zhuǎn)移器件，通過電荷的依次轉(zhuǎn)移，將多個象素的視頻信號分時、順序地取出來，如面陣CCD傳感器采集的圖像的分辨率可以從32×32到1024×1024像素等。
    視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)的工作原理簡單說來就是對機(jī)器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機(jī)器人的實際位置聯(lián)系起來，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。


優(yōu)點：

1.應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要應(yīng)用于無人機(jī)、手術(shù)器械、交通運輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域；

缺點：

1.圖像處理量巨大，一般計算機(jī)無法完成運算，實時性較差；

2.受光線條件限制較大，無法在黑暗環(huán)境中工作；


二、激光反射板導(dǎo)航定位
    典型的光反射導(dǎo)航定位方法主要是利用激光傳感器來測距。激光利用光反射技術(shù)來進(jìn)行導(dǎo)航定位的。激光全局定位系統(tǒng)一般由激光器旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、反射鏡、光電接收裝置和數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置等部分組成。工作時，激光經(jīng)過旋轉(zhuǎn)鏡面機(jī)構(gòu)向外發(fā)射，當(dāng)掃描到由后向反射器構(gòu)成的合作路標(biāo)時，反射光經(jīng)光電接收器件處理作為檢測信號，啟動數(shù)據(jù)采集程序讀取旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的碼盤數(shù)據(jù)（目標(biāo)的測量角度值），然后通過通訊傳遞到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)已知路標(biāo)的位置和檢測到的信息，就可以計算出傳感器當(dāng)前在路標(biāo)坐標(biāo)系下的位置和方向，從而達(dá)到進(jìn)一步導(dǎo)航定位的目的。

優(yōu)點：

1.是目前最穩(wěn)定、最可靠、最高性能的定位導(dǎo)航方法；

2.連續(xù)使用壽命長，后期改造成本低；

缺點：

1.工業(yè)領(lǐng)域的激光雷達(dá)成本比較昂貴；


三、GPS全球定位系統(tǒng)
    如今，在智能機(jī)器人的導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用中，一般采用偽距差分動態(tài)定位法，用基準(zhǔn)接收機(jī)和動態(tài)接收機(jī)共同觀測4顆GPS衛(wèi)星，按照一定的算法即可求出某時某刻機(jī)器人的三維位置坐標(biāo)。差分動態(tài)定位消除了星鐘誤差，對于在距離基準(zhǔn)站1000km的用戶，可以消除星鐘誤差和對流層引起的誤差，因而可以顯著提高動態(tài)定位精度。
    宇鋒智能室外無人駕駛牽引車AGV采用GPS全球定位系統(tǒng)+多線激光雷達(dá)輔助定位系統(tǒng)。消除GPS導(dǎo)航的定位誤差，提高AGV車輛的行走和停車精度。


   采用GPS+多線激光雷達(dá)輔助定位系統(tǒng)的AGV車輛，不易受到天氣條件、環(huán)境光照及障礙物陰影、表面粗糙度等外界環(huán)境條件的影響。適用于室外移動機(jī)器人系統(tǒng)。

四、SLAM技術(shù)


   SLAM技術(shù)（Simultaneous Localization and Mapping即時定位與地圖構(gòu)建）。行業(yè)領(lǐng)先的服務(wù)機(jī)器人企業(yè)，八成都采用了SLAM技術(shù)。簡單來說，SLAM技術(shù)是指機(jī)器人在未知環(huán)境中，完成定位、建圖、路徑規(guī)劃的整套流程。SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即時定位與地圖構(gòu)建），自1988年被提出以來，主要用于研究機(jī)器人移動的智能化。對于完全未知的室內(nèi)環(huán)境，配備激光雷達(dá)等核心傳感器后，SLAM技術(shù)可以幫助機(jī)器人構(gòu)建室內(nèi)環(huán)境地圖，助力機(jī)器人的自主行走。SLAM問題可以描述為：機(jī)器人在未知環(huán)境中從一個未知位置開始移動，在移動過程中根據(jù)位置估計和傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自身定位，同時建造增量式地圖。
VSLAM（視覺SLAM）
    指在室內(nèi)環(huán)境下，用攝像機(jī)、Kinect等深度相機(jī)來做導(dǎo)航和探索。其工作原 理簡單來說就是對機(jī)器人周邊的環(huán)境進(jìn)行光學(xué)處理，先用攝像頭進(jìn)行圖像信息采集，將采集的信息進(jìn)行壓縮，然后將它反饋到一個由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計學(xué)方法構(gòu)成的學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，再由學(xué)習(xí)子系統(tǒng)將采集到的圖像信息和機(jī)器人的實際位置聯(lián)系起來，完成機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位功能。
    但是，室內(nèi)的VSLAM仍處于研究階段，遠(yuǎn)未到實際應(yīng)用的程度。一方面，計算量太大，對機(jī)器人系統(tǒng)的性能要求較高；另一方面，VSLAM生成的地圖（多數(shù)是點云）還不能用來做機(jī)器人的路徑規(guī)劃，Sensor精度不高、應(yīng)用場景不具有普適性等需要進(jìn)一步探索和研究。

 

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