中國人民解放軍工程兵學(xué)院筑城偽裝系 劉子豪 李鑫隆

試論移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與展望

中國人民解放軍工程兵學(xué)院筑城偽裝系 劉子豪 李鑫隆

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷加快的今天，移動機(jī)器人也開始一點(diǎn)點(diǎn)融入我們的日常生活之中，而對于移動機(jī)器人來說，先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)決定著其能否較好為為人類提供服務(wù)，為此本文就移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與展望展開了具體研究，希望這一研究能夠使更多人深入了解移動機(jī)器人。

移動機(jī)器人；導(dǎo)航技術(shù)；展望

0 前言

早在上世紀(jì)60年代末，具備現(xiàn)代意義的移動機(jī)器人便已經(jīng)出現(xiàn)，而隨著經(jīng)濟(jì)與科學(xué)的不斷發(fā)展，移動機(jī)器人已經(jīng)從誕生初的復(fù)雜、危險環(huán)境代替人類工作，發(fā)展到在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較為廣泛的應(yīng)用，據(jù)筆者調(diào)查得知，移動機(jī)器人在當(dāng)下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用都極為廣泛，而隨著導(dǎo)航技術(shù)的不斷進(jìn)步，移動機(jī)器人已經(jīng)開始走入我們的日常生活，可以預(yù)見的是，在不久的將來，移動機(jī)器人將在導(dǎo)航技術(shù)的支持下更好的為人類整體進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

1 移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的類別

為了較好完成本文就移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)展開的相關(guān)研究，我們首先需要明晰移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的類別，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料筆者將移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)分為磁導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、路標(biāo)導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航四類。

1.1 磁導(dǎo)航

對于應(yīng)用在移動機(jī)器人上的磁導(dǎo)航技術(shù)來說，這一技術(shù)主要應(yīng)用于移動機(jī)器人的自動引車系統(tǒng)中。對于磁導(dǎo)航技術(shù)來說，這一技術(shù)主要通過磁場強(qiáng)度的變化和作用，使移動機(jī)器人按預(yù)定路線完成移動，其本身具備著較高的可靠性。雖然磁導(dǎo)航可靠性較高，但其本身并沒能在移動機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)較為廣泛的應(yīng)用，而追其原因主要是由于這一技術(shù)的使用成本較高且維修較為困難所致。

1.2 慣性導(dǎo)航

除了磁導(dǎo)航外，慣性導(dǎo)航也是移動機(jī)器人上較為常見的一種的導(dǎo)航技術(shù)，慣性導(dǎo)航主要通過自身攜帶的陀螺儀進(jìn)行機(jī)器人行動方向的檢測，并以此完成對移動機(jī)器人進(jìn)行的導(dǎo)航，不同于磁導(dǎo)航的較高成本，慣性導(dǎo)航的成本較為親民，這也使得慣性導(dǎo)航在我國當(dāng)下移動機(jī)器人中有著較為廣泛的應(yīng)用，不過由于這一技術(shù)只能滿足移動機(jī)器人短時間的移動需要，這就使得慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用范圍較為有限。

1.3 路標(biāo)導(dǎo)航

對于移動機(jī)器人來說，路標(biāo)導(dǎo)航也是一種較為重要的導(dǎo)航技術(shù)，這一導(dǎo)航技術(shù)主要通過傳感器識別路標(biāo)景物以此完成移動機(jī)器人的導(dǎo)航，這就使得移動機(jī)器人能夠在路標(biāo)導(dǎo)航技術(shù)的支持下具備一定路標(biāo)識別能力，而這種能力的具備也使得路標(biāo)導(dǎo)航在移動機(jī)器人領(lǐng)域存在著最為廣泛的應(yīng)用。此外，路標(biāo)導(dǎo)航技術(shù)還具備著價格便宜、便于操作、準(zhǔn)確率較高等優(yōu)點(diǎn)，這就使得移動機(jī)器人在路標(biāo)導(dǎo)航技術(shù)的支持下自身的性能將實(shí)現(xiàn)較好提升。

1.4 視覺導(dǎo)航

除了上述幾種導(dǎo)航技術(shù)外，視覺導(dǎo)航也是移動機(jī)器人領(lǐng)域中較為重要的技術(shù)形式。對于視覺導(dǎo)航技術(shù)來說，其本身能夠?qū)崿F(xiàn)移動機(jī)器人移動狀態(tài)中的障礙物識別，并能夠結(jié)合反饋信息較好完成移動機(jī)器人的移動，相較于上述三種導(dǎo)航技術(shù)，視覺導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用使得移動機(jī)器人開始向智能化方向發(fā)展，可以說視覺導(dǎo)航技術(shù)是未來移動機(jī)器人發(fā)展中最為重要的技術(shù)形式之一。

2 移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃技術(shù)

對于移動機(jī)器人來說，想要較好實(shí)現(xiàn)自身的移動，其本身必須進(jìn)行路徑的規(guī)劃，而實(shí)現(xiàn)這種路徑規(guī)劃的就是路徑規(guī)劃技術(shù)，可視圖法、自由空間法和柵格法等是最為常見的三種移動機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)。

2.1 可視圖法

對于可視圖法這一移動機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)來說，這一技術(shù)主要通過機(jī)器人、目標(biāo)點(diǎn)以及障礙物之間進(jìn)行的連線，形成供移動機(jī)器人移動的可視圖，這一可視圖能夠?qū)崿F(xiàn)移動機(jī)器人移動過程中行走于無碰路徑，這就較好滿足了移動機(jī)器人的移動需求。值得注意的是，可視圖法這一路徑規(guī)劃技術(shù)無法在圓形地區(qū)應(yīng)用。

2.2 自由空間法

除了可視圖法，自由空間法同樣屬于移動機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)，這一技術(shù)主要通過掃描連通圖形實(shí)現(xiàn)移動的規(guī)劃，由于掃描連通圖形的功能限制，自由空間法只能夠在一些錐形區(qū)域或凸多邊形區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用。

2.3 柵格法

除了上述兩種技術(shù)形式外，柵格法也是重要的移動機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)之一，這一技術(shù)能夠?qū)⒁苿訖C(jī)器人移動區(qū)域分解為一個個小型柵格，而通過柵格就能夠保證移動機(jī)器人的自由移動，不過柵格的分解往往會占用移動機(jī)器人的性能，這點(diǎn)需要引起我們重視，圖1為簡單的柵格法路徑規(guī)劃展示。

圖1 柵格法路徑規(guī)劃展示

3 多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用

隨著移動機(jī)器人性能的不斷提升，上述提到的幾種導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)慢慢無法滿足其工作的需要，這就使得多傳感器信息融合技術(shù)得以出現(xiàn)，這一技術(shù)能夠通過在移動機(jī)器人中使用多個傳感器，使移動機(jī)器人能夠更好的明晰周邊環(huán)境，移動機(jī)器人在這一環(huán)境下自然能夠?qū)崿F(xiàn)更好的被導(dǎo)航。

4 移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的展望

結(jié)合上述內(nèi)容，我們較為全面的了解了移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，而在對未來的展望中我們有理由相信其能夠?yàn)槿祟愄峁└鼮閮?yōu)質(zhì)的服務(wù)，為此筆者將移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的展望分為智能與全面提升兩個方面。

4.1 智能展望

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的支持下，我們有理由相信未來的移動機(jī)器人將具備較高程度的職智能，而擁有較高智能的移動機(jī)器人也將具備智能化的導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)類人甚至超越人的移動在這一技術(shù)的支持下也將不在只是夢想。

4.2 全面提升展望

除了智能性提升外，我們有理由相信在未來科學(xué)技術(shù)的支持下，移動機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)將實(shí)現(xiàn)全面提升，而結(jié)合自身的認(rèn)知，筆者將這種提升簡單的分為多傳感技術(shù)、運(yùn)算方法、信息處理能力三個方面。在傳感技術(shù)這一領(lǐng)域的提升中，移動機(jī)器人將具備更為先進(jìn)的多傳感技術(shù)，這一信息將實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的信息采集與分析能力提升；而對于運(yùn)算方法這一導(dǎo)航技術(shù)的全面提升來說，運(yùn)算方法的整體水平將實(shí)現(xiàn)大幅提升，這種提升將使得移動機(jī)器人具備人類的邏輯分析能力；而對于信息處理能力的全面提升來說，外界環(huán)境信息的采集、傳感器處理、圖像反映等工作將得以更好展開，這自然使得移動機(jī)器人能夠更好為人類提供服務(wù)。

5 結(jié)論

在本文就移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀與展望展開的研究中，筆者詳細(xì)論述了移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的類別、移動機(jī)器人的路徑規(guī)劃技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用、移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的展望，而結(jié)合這一系列內(nèi)容我們能夠清楚認(rèn)識到導(dǎo)航技術(shù)對于移動機(jī)器人的重要意義。

[1]蔣浩然,陳軍,王虎,雷王利,袁池．移動機(jī)器人自動導(dǎo)航技術(shù)研究進(jìn)展[J]．西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,12:207-213．

[2]蔡佐軍,孫德寶,秦元慶等基于構(gòu)型空間法的機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[J]計算機(jī)與數(shù)字工程,2014,34(4):88-90．

[3]張捍東,鄭睿,岑豫皖．移動機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]．系統(tǒng)仿真學(xué)報,2015(02):439-443．

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李鑫?。?994—）．男，河北唐山人，大學(xué)本科，畢業(yè)于解放軍理工大學(xué)，中國人民解放軍工程兵學(xué)院筑城偽裝系學(xué)員，主要研究方向：電子科技。

劉子豪（1994—），男，滿族，吉林琿春人，大學(xué)本科，畢業(yè)于解放軍理工大學(xué)，中國人民解放軍工程兵學(xué)院筑城偽裝系學(xué)員，主要研究方向：電子科技。