在哪?
去哪?
怎么去?
個問題是機器人的定位問題,即如何根據(jù)即時觀測到的和先驗已知的信息,判斷機器人在當前環(huán)境中的位置。問題二、三,實際上就是指定個目標,然后規(guī)劃定的路徑來實現(xiàn)這個目標。對般的機器人來說,這個目標是個點,即點到點的導航。
機器人在室內(nèi)的定位要求精度高(少在亞米),實時性好,常用的定位方法有下面幾種。
航位推算法
利用機器人裝備的各種傳感器獲取機器人的運動動態(tài)信息,通過遞推累計公式獲得機器人相對初試狀態(tài)的估計位置。航位推算較常使用的傳感器般有:碼盤(類似于車輛里程計,記錄車輪的轉(zhuǎn)數(shù),獲得機器人相對于上采樣時刻的狀態(tài)改變量),慣性傳感器(如陀螺儀、加速度計,得到機器人的角加速度和線加速度信息,通過積分獲得機器人的位置信息)等。這種定位方法有累積誤差,隨著行駛時間、距離的不斷增加,誤差也不斷增大。因此導航推算法不適合于長時間、長距離的定位。
參照定位法
機器人通過獲得外界些位置等己知的參照信息,通過計算自己與參照信息之間的相互關(guān)系,進而解算出自己的位置。下面的基站定位法、地圖匹配法、圖像匹配法都屬于參照定位法。
基站定位法
機器人通過各種傳感器被動接收或主動探測已知位置的基站(或信標),經(jīng)過定位計算(三邊定位或三角定位)得出機器人與基站的相對位置,再根據(jù)基站的位置坐標,計算出機器人的坐標。其定位精度沒有累積誤差,和用于信號質(zhì)量及定位算法關(guān)系密切。
地圖匹配法
機器人通過自身的各種傳感器探測周圍環(huán)境,利用感知到的局部環(huán)境信息進行局部的地圖構(gòu)造,并與其內(nèi)部事先存儲的完整地圖進行匹配。通過匹配關(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,只適于些結(jié)構(gòu)相對簡單的環(huán)境。
圖像匹配法
丹巴赫機器人通過事先移動獲得環(huán)境中各特征點的圖像信息,利用目標物體的幾何形狀模型,在目標上取3個以上的特征點和探測到的圖像特征點進行匹配。屬于指紋定位法的種。
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廣泛的定位方法,但通過算法優(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的負面影響。