隨著人工智能技術的飛速發(fā)展,智能機器人在近年來逐漸興起,除了具備人臉識別,、語音交互等智能化功能,看似最基礎的行走能力同樣也是服務機器人價值實現(xiàn)的根基,。當前,自主移動機器人已成為機器人領域的重要研究方向,自主移動機器人具有對復雜環(huán)境進行感知及快速做出行動決策的能力。

 

 

 

      對于機器人在已知環(huán)境中的地圖創(chuàng)建相對簡單,但要在完全未知環(huán)境中做到自主定位建圖并非易事,在很多復雜環(huán)境中,如果機器人不能利用全局定位系統(tǒng)進行定位,來獲取機器人工作環(huán)境的地圖是很困難的,甚至不可能,。需要機器人在完全未知且自身位置不確定的條件下創(chuàng)建地圖,同時利用地圖進行自主定位與導航,SLAM技術被認為是解決該問題的關鍵,。

 

      在未知環(huán)境中,機器人從一個未知位置開始移動,在移動過程中根據位置估計和傳感器數(shù)據進行自身定位,同時逐步完善和構建完善地圖,這便是一個SLAM的過程。在SLAM中,機器人利用自身攜帶的傳感器識別未知環(huán)境中的特征標志,然后根據機器人與特征標志之間的相對位置和里程計的讀數(shù)估計機器人和特征標志的全局坐標,。這種在線的定位與地圖創(chuàng)建需要保持機器人與特征標志之間的詳細信息,。近幾年來,SLAM技術的研究已取得了很大的突破,并被廣泛應用于機器人,、AR、VR,、無人機,、自動駕駛等多個領域。

 

      路徑規(guī)劃同樣也是機器人實現(xiàn)自主移動的重要環(huán)節(jié),指的是機器人在有障礙物的工作環(huán)境中,如何找到一條從起點到終點適當?shù)倪\動路徑,使機器人在運動過程中能安全,、無碰撞地繞過所有障礙物,。這不同于用動態(tài)規(guī)劃等方法求得的最短路徑,而是指移動機器人能對靜態(tài)及動態(tài)環(huán)境作出綜合性判斷,進行智能決策。

 

      根據對環(huán)境信息的掌握程度不同,機器人路徑規(guī)劃可分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃,。

 

      全局路徑規(guī)劃是在已知的環(huán)境中,給機器人規(guī)劃一條路徑,路徑規(guī)劃的精度取決于環(huán)境獲取的準確度,全局路徑規(guī)劃可以找到最優(yōu)解,但是需要預先知道環(huán)境的準確信息,當環(huán)境發(fā)生變化,如出現(xiàn)未知障礙物時,該方法就無能為力了,。它是一種事前規(guī)劃,因此對機器人系統(tǒng)的實時計算能力要求不高,雖然規(guī)劃結果是全局的、較優(yōu)的,但是對環(huán)境模型的錯誤及噪聲魯棒性差,。

 

      而局部路徑規(guī)劃則環(huán)境信息完全未知或有部分可知,側重于考慮機器人當前的局部環(huán)境信息,讓機器人具有良好的避障能力,通過傳感器對機器人的工作環(huán)境進行探測,以獲取障礙物的位置和幾何性質等信息,這種規(guī)劃需要搜集環(huán)境數(shù)據,并且對該環(huán)境模型的動態(tài)更新能夠隨時進行校正,局部規(guī)劃方法將對環(huán)境的建模與搜索融為一體,要求機器人系統(tǒng)具有高速的信息處理能力和計算能力,對環(huán)境誤差和噪聲有較高的魯棒性,能對規(guī)劃結果進行實時反饋和校正,但是由于缺乏全局環(huán)境信息,所以規(guī)劃結果有可能不是最優(yōu)的,甚至可能找不到正確路徑或完整路徑,。

 

      全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃并沒有本質上的區(qū)別,很多適用于全局路徑規(guī)劃的方法經過改進也可以用于局部路徑規(guī)劃,而適用于局部路徑規(guī)劃的方法同樣經過改進后也可適用于全局路徑規(guī)劃。兩者協(xié)同工作,機器人可更好的規(guī)劃從起始點到終點的行走路徑,。

 

 

      如今,自主移動機器人已在餐廳,、商場、酒店,、銀行,、醫(yī)院等各大服務場所中“嶄露頭角”,尤其在本次疫情抗擊中,自主移動機器人更是站上了“風口浪尖”。一時間醫(yī)護助理機器人,、清潔消毒機器人,、運輸配送等機器人出現(xiàn)在各個領域的前線,減少了人與人之間的近距離接觸,最大程度的保證了相關人員的安全。

 

      自主移動是服務機器人最基本的價值體現(xiàn),相較于工業(yè)機器人,服務行業(yè)沒有固定不變的場景部署,很難利用地面鋪設磁條或信標的方式來引導機器人移動,。目前市面上應用在服務領域的機器人中接待引導,、配送等機器人較為常見,其應對的工作場景也更為復雜,而擁有自主定位導航技術的移動機器人,無論在路徑中出現(xiàn)動態(tài)還是靜態(tài)的障礙物,其都能有效躲避,并自主規(guī)劃最優(yōu)行走路徑。

 

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