標(biāo)題: 服務(wù)機(jī)器人常用的定位導(dǎo)航技術(shù)及優(yōu)缺點分析 [打印本頁]
作者: 機(jī)器人領(lǐng)域 時間: 2017-5-5 11:22
標(biāo)題: 服務(wù)機(jī)器人常用的定位導(dǎo)航技術(shù)及優(yōu)缺點分析
自主定位導(dǎo)航是機(jī)器人實現(xiàn)智能化的前提之一，是賦予機(jī)器人感知和行動能力的關(guān)鍵因素。如果說機(jī)器人不會自主定位導(dǎo)航，不能對周圍環(huán)境進(jìn)行分析、判斷和選擇，規(guī)劃路徑，那么，這個機(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？
視覺定位導(dǎo)航
視覺定位導(dǎo)航主要借助視覺傳感器完成，機(jī)器人借助單目、雙目攝像頭、深度攝像機(jī)、視頻信號數(shù)字化設(shè)備或基于DSP的快速信號處理器等其他外部設(shè)備獲取圖像，然后對周圍的環(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)器人的實際位置聯(lián)系起來，完成定位。
優(yōu)點：
·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：
·圖像處理量巨大，一般計算機(jī)無法完成運算，實時性較差；
·受光線條件限制較大，無法在黑暗環(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。通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收時間差及傳播速度，計算出傳播距離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)射和接收的時間差；v—超聲波在介質(zhì)中傳播的波速。
優(yōu)點：
·成本低廉；
·可以識別紅外傳感器識別不了的物體，比如玻璃、鏡子、黑體等障礙物；
缺點：
·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)識發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。
優(yōu)點：
·遠(yuǎn)距離測量，在無反光板和反射率低的情況下能測量較遠(yuǎn)的距離；
·有同步輸入端，可多個傳感器同步測量；
·測量范圍廣，響應(yīng)時間短；
缺點：
·檢測的最小距離太大；
·紅外線測距儀受環(huán)境的干擾較大，對于近似黑體、透明的物體無法檢測距離，只適合短距離傳播；
·有其他遮擋物的時候無法正常工作，需要每個房間、走廊安裝接收天線，鋪設(shè)導(dǎo)軌，造價比較高；
iBeacon定位導(dǎo)航
iBeacon是一項低耗能藍(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，藍(lán)牙設(shè)備定位接受，反饋信號。當(dāng)用戶進(jìn)入、退出或者在區(qū)域內(nèi)徘徊時，Beacon的廣播有能力進(jìn)行傳播，可計算用戶和Beacon的距離（可通過RSSI計算）。通過三個iBeacon設(shè)備，即可對其進(jìn)行定位。
優(yōu)點：
·定位精度比傳統(tǒng)的GPS高，可從一米到幾十米；
·功耗小、時延低、成本低、傳輸距離遠(yuǎn)；
缺點：
·受環(huán)境干擾大，信號射頻不太穩(wěn)定；
·安裝、開發(fā)和維護(hù)方面均存在需要克服的難點，使用時保證設(shè)備信號不被遮擋；
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)射出三個不同角度的信號，能夠模擬GPS衛(wèi)星三點定位技術(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，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行移動和工作。
優(yōu)點：
·引擎穩(wěn)定性高，路徑規(guī)劃可自動設(shè)置
缺點：
·燈塔定位沒有地圖，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)射出一個激光信號，根據(jù)收到從物體反射回來的信號的時間差來計算這段距離，然后根據(jù)發(fā)射激光的角度來確定物體和發(fā)射器的角度，從而得出物體與發(fā)射器的相對位置。
優(yōu)點：
·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，后期改造成本低；
缺點：
·工業(yè)領(lǐng)域的激光雷達(dá)成本比較昂貴；
在激光測距中，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采用三角測距原理，配合自主研發(fā)的SLAMWARE核心算法，讓機(jī)器人實現(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、需要長時間連續(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采用的是時間飛行法（TOF）中的脈沖測距法，以滿足高速度和遠(yuǎn)距離的測距要求。主要應(yīng)用在工業(yè)AGV、服務(wù)機(jī)器人或輕量級無人駕駛產(chǎn)品中。
SLAM簡介
SLAM（及時定位與地圖構(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，同時利用地圖進(jìn)行自主定位和導(dǎo)航。并且，在實時定位中由于通過機(jī)器人運動估計得到的位置信息通常具有較大的誤差，一般需要使用測距單元探測的周圍環(huán)境信息來更正位置。
由于應(yīng)用場景的不同，SLAM技術(shù)分為VSLAM、Wifi-SLAM和LidarSLAM。Lidar SLAM是目前實現(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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