物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的移動(dòng)機(jī)器人定位的應(yīng)用

潘圓媛

(江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西南昌 330095)

隨著移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)廣泛應(yīng)用與提高，不僅在軍事領(lǐng)域，還在我們?nèi)粘Ｉ钪幸舶l(fā)揮了非常廣泛的作用。隨著不斷的發(fā)展，人們對(duì)它的要求也越來越高，所以它肩負(fù)的任務(wù)也就越來越重，所以物聯(lián)網(wǎng)為移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)的發(fā)展提供了更有力的保障和支持。在這兩種技術(shù)相結(jié)合之下，移動(dòng)機(jī)器人的定位系統(tǒng)得到了快速和高效的發(fā)展，更加得到了人們的青睞。

1 聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人的研究背景和意義

1.1 研究背景

機(jī)器人是科技研究史上一項(xiàng)十分重大的發(fā)明，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)明出很多種不同類型的機(jī)器人，這些各種類型的機(jī)器人已經(jīng)十分深入地運(yùn)用到我們的軍事、工業(yè)以及日常生活中并發(fā)揮了很大的作用，其中，移動(dòng)機(jī)器人作為其中非常高端的一個(gè)新型技術(shù)，它是具有非常高的感知信息的能力，還可以進(jìn)行智能控制的一種智能機(jī)器人。目前，在這種復(fù)雜的研究環(huán)境當(dāng)中，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣闊，涉及的學(xué)科也越來越多，取得了十分廣闊的成果。移動(dòng)機(jī)器人的智能水平也隨著科技人員的研究也在不斷提高，在利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)之后，移動(dòng)機(jī)器人也變得越來越智能化，并且也越來越向智能化和自動(dòng)化的方面發(fā)展，服務(wù)更加高效，可以為人類提供多種方面的幫助，幫助人類完成更多種類的任務(wù)，得到了十分廣泛的應(yīng)用[1]。

1.2 研究意義

現(xiàn)階段應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)重視在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用研究。只有在當(dāng)前發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行更好、更加全面的優(yōu)化和提升，不斷解決好移動(dòng)機(jī)器人在目前各項(xiàng)表現(xiàn)中面臨的問題和困境，才可以使相關(guān)領(lǐng)域和技術(shù)獲得更好的發(fā)展。首先，在互聯(lián)網(wǎng)智能化的環(huán)境下，移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)當(dāng)結(jié)合新一代互聯(lián)網(wǎng)的智能化、個(gè)性化等特性，提供更加契合人們需求的個(gè)性化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)的一體化發(fā)展。其次，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，移動(dòng)機(jī)器人的重要性不言而喻。必須要加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域的研究，例如：要確保移動(dòng)機(jī)器人定位工作可以得到更好的優(yōu)化，使移動(dòng)機(jī)器人的工作效率提升，能夠更加便捷地提供服務(wù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)的概念和結(jié)構(gòu)構(gòu)架

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)十分廣泛的概念，其不僅包括自動(dòng)化和智能化，還滲透到人類社會(huì)的方方面面。大到軍事和工業(yè)的自動(dòng)化以及城市的智能服務(wù)，小到智能家居、快遞智能貨柜，這些都是物聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)的技術(shù)在不斷地提升，并且還可以廣泛地融入各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)信息的識(shí)別和定位，從而進(jìn)一步完成信息的交換和通信，為后續(xù)信息的應(yīng)用和快速的發(fā)展提供幫助。同時(shí)，還可以減少其他環(huán)境和各種外部因素的影響，將一些相關(guān)的物品連接，完成信息的通信交流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化發(fā)展，這些都是建立在互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)之上的，不斷地對(duì)各項(xiàng)工作進(jìn)行優(yōu)化和提升。總體來說，物聯(lián)網(wǎng)就是各種物體相互連接的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)[2]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)架

而在物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間，都是交互進(jìn)行定位和控制的，互相傳遞各種多樣的信息，并且還能在特定的應(yīng)用系統(tǒng)下識(shí)別一些靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的信息。雖然物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)、交通、家庭和公共管理方面的應(yīng)用都是各不相同的，但是這些應(yīng)用都是基于感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層這3層的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)架所構(gòu)建的。并且，物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，技術(shù)更加先進(jìn)，實(shí)用性更強(qiáng)，可以更加有效地融入各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，并且將效果發(fā)揮到最大化，可以更好地解決問題，使智能化得到更好的應(yīng)用。

3 移動(dòng)機(jī)器人的定位方法和技術(shù)

移動(dòng)機(jī)器人是可以自動(dòng)執(zhí)行一些任務(wù)的機(jī)器，它不僅可以吸收人類的智慧，而且還可以根據(jù)自己的系統(tǒng)和人工智能預(yù)先地完成一些規(guī)定的程序。定位系統(tǒng)是機(jī)器人根據(jù)自身的位置，來設(shè)計(jì)一些合理的路線。移動(dòng)機(jī)器人的定位技術(shù)在近年來發(fā)展得十分快速，并且給人們的生活帶來了十分大的便利[3]。

3.1 對(duì)移動(dòng)機(jī)器人定位方法進(jìn)行分析

3.1.1 拓?fù)涞貓D直推法

在開展實(shí)際的移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)定位工作過程時(shí)，一般會(huì)對(duì)拓?fù)涞貓D進(jìn)行應(yīng)用，由此對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行有效的顯示，移動(dòng)動(dòng)器人在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中會(huì)對(duì)各類問題信息進(jìn)行相關(guān)的推理工作，在將推理的位置信息與運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行聯(lián)系。為了保證移動(dòng)機(jī)器人定位工作更加順利地進(jìn)行，就需要將需要定位的整個(gè)運(yùn)動(dòng)的路線要先規(guī)劃好，盡量避免受位置的影響，使移動(dòng)機(jī)器人不能夠準(zhǔn)確地感受到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息，由此需要以起點(diǎn)為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合各類路徑進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化。這就能夠使其定位過程當(dāng)中所出現(xiàn)的誤差可以大幅度下降，同時(shí)也能夠使得其運(yùn)動(dòng)在開展過程當(dāng)中所具有的成本大幅度下降，并且在一定程度上也能夠確保移動(dòng)機(jī)器人其定位具備更加準(zhǔn)確的特征，由此能夠進(jìn)行更為精準(zhǔn)的定位。

3.1.2 幾何地圖指推法

這種模式在具體應(yīng)用過程當(dāng)中，會(huì)將環(huán)境內(nèi)的相關(guān)已知點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用，將其作為參照物進(jìn)行使用，再對(duì)移動(dòng)機(jī)器人相應(yīng)的位置進(jìn)行定位。在這一定位方法進(jìn)行工作的過程中，主要會(huì)受噪聲的影響，所以要想更加準(zhǔn)確地定位保證各項(xiàng)定位工作的有序進(jìn)行，就必須將這個(gè)問題解決好。所以，可以應(yīng)用機(jī)器人所具備的激光對(duì)各類信息的實(shí)際反饋進(jìn)行有效的收集，由此對(duì)諸多信息進(jìn)行綜合性的掌握，同時(shí)對(duì)實(shí)際環(huán)境的變化特征進(jìn)行分析，以此確保相關(guān)的位置定位能夠得到有效的完成。

3.1.3 幾何地圖概推法

在移動(dòng)機(jī)器人不斷發(fā)展之下，人們對(duì)于定位的精準(zhǔn)度的要求變得更高，所以更應(yīng)該做好全面的分析，確保這一定位方法可以得到有效的運(yùn)用，使定位更加精準(zhǔn)。擴(kuò)展卡爾曼濾波器的運(yùn)用，就是為了增強(qiáng)機(jī)器人定位的準(zhǔn)確性。機(jī)器人的配置信息得到了提高，從而可以更好地保障在各項(xiàng)工作中定位的精準(zhǔn)性。馬爾可夫定位算法可以直接通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)來進(jìn)行優(yōu)化，從而可以更好地避免受到各種多樣化因素的影響，加快移動(dòng)機(jī)器人的定位速度，提高移動(dòng)機(jī)器人定位的精準(zhǔn)度[4]。

3.1.4 對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波器及馬爾可夫定位算法進(jìn)行分析

擴(kuò)展卡爾曼濾波器的方式，在具體應(yīng)用過程當(dāng)中，能夠在一定程度上確保機(jī)器人及位置定位信息具有高度的準(zhǔn)確性，在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，能夠以高斯分布的模式，對(duì)整體機(jī)器人所具有的朝向以及位置信息進(jìn)行綜合性的描述，在具體移動(dòng)中，整體機(jī)器會(huì)出現(xiàn)實(shí)時(shí)變化的特征，而由此會(huì)使機(jī)器人所具備的應(yīng)有姿態(tài)、所具有的方差以及實(shí)際的向量分布，可以進(jìn)行同時(shí)性的更改，在此過程之內(nèi)會(huì)以卡爾曼濾波的模式予以實(shí)現(xiàn)，該方法在具體應(yīng)用過程當(dāng)中。會(huì)通過掃描識(shí)別以及實(shí)際的卡爾曼濾波器的位置進(jìn)行計(jì)算掃描識(shí)別，在實(shí)際開展過程當(dāng)中能夠依照整體機(jī)器人的傳感器在傳輸過程當(dāng)中所具備的卡爾曼濾波讀數(shù)，由此對(duì)當(dāng)前位置所具有的假想坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行有效的判斷，而卡爾曼濾波器的位置計(jì)算，在具體應(yīng)用過程當(dāng)中，則會(huì)按照其外部所具有的測(cè)距讀數(shù)的差異性信息，對(duì)以高斯分布進(jìn)行顯示的各類機(jī)器人的實(shí)際姿態(tài)以及各類數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的計(jì)算，由此使其定位的效率大幅度提升，并且在一定程度上也會(huì)使得定位的精準(zhǔn)程度得到有效提高。

馬爾可夫定位算法在應(yīng)用過程當(dāng)中，會(huì)在相關(guān)需要的情況之下，對(duì)整體狀態(tài)空間進(jìn)行相關(guān)的離散化，而由此在進(jìn)行直接性的離散之后，整體空間單元概率密度來對(duì)實(shí)際的狀態(tài)分布進(jìn)行懲戒，而馬爾可夫算法在具體的應(yīng)用過程當(dāng)中會(huì)在并不具備后效性的情況之下，以概率推理的方式開展實(shí)際的定位工作。在具體的應(yīng)用過程當(dāng)中能夠?qū)C(jī)器人的實(shí)際狀態(tài)空間的整體定位、概率分布情況進(jìn)行有效的計(jì)算，并且進(jìn)行綜合性的更新，以此在各個(gè)時(shí)間之內(nèi)能夠更為詳細(xì)地對(duì)空間之中所存在的各類姿態(tài)概率分布情況進(jìn)行綜合性的記錄。該方式在具體應(yīng)用過程當(dāng)中，能夠?qū)Χㄎ贿^程中所存在的各類較為復(fù)雜的情況進(jìn)行表現(xiàn)，并且在實(shí)際使用過程當(dāng)中能夠使整體移動(dòng)機(jī)器人在定位中所具有的速度大幅度提升。

3.2 移動(dòng)機(jī)器人的定位技術(shù)

3.2.1 視覺導(dǎo)航定位技術(shù)

視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要是在機(jī)器人中安裝車載攝像機(jī)的方式，目前有很多的機(jī)器人都是采用圖像傳感器，根據(jù)周邊的環(huán)境進(jìn)行信息的采集，再利用攝像頭進(jìn)行圖像的精準(zhǔn)采集，保證信息采集得更加精準(zhǔn)，然后再將采集的信息反饋到一個(gè)總體的系統(tǒng)中。

3.2.2 GPS全球定位系統(tǒng)

按照一定的算法，算出某時(shí)某刻機(jī)器人之間的坐標(biāo)，再分析一些動(dòng)態(tài)的定位，消除誤差。但是移動(dòng)機(jī)器人的GPS定位精度還特別容易就受到了衛(wèi)星信號(hào)和周邊環(huán)境的影響，所以，單純利用GPS定位精準(zhǔn)度是比較低的，可靠性也不是很高，很多會(huì)利用輔助的磁羅盤進(jìn)行導(dǎo)航，所以GPS 的定位不適用于對(duì)于定位精準(zhǔn)度要求高的系統(tǒng)中。

3.2.3 光反射導(dǎo)航定位技術(shù)

這種定位的技術(shù)主要是利用激光或者是紅外傳感器來進(jìn)行測(cè)量距離，再利用光電接收的裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸。工作時(shí)，激光通過鏡面的結(jié)構(gòu)向外進(jìn)行信息的發(fā)射，再掃描合作的路標(biāo)，光電接收器進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)，同時(shí)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集的程序，最后再根據(jù)已知的位置和檢測(cè)到的信息就可以計(jì)算出路標(biāo)的位置和方向，進(jìn)行進(jìn)一步導(dǎo)航。這種定位技術(shù)的平行性比較好，測(cè)量的方向準(zhǔn)確度比較高，分辨率也很高，但是也很容易受環(huán)境和信號(hào)噪聲的影響。

3.3 移動(dòng)機(jī)器人定位的應(yīng)用

3.3.1 在工廠和工業(yè)的應(yīng)用

很多的工廠的車間使用移動(dòng)機(jī)器人，也就是自動(dòng)導(dǎo)引車。就是將產(chǎn)品從一個(gè)生產(chǎn)車間移到另一個(gè)生產(chǎn)車間，同時(shí)還會(huì)檢查產(chǎn)品的質(zhì)量，它們可以更好地連續(xù)運(yùn)輸，并且準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行交貨，可以更好地加快工廠的運(yùn)輸速度，保證優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。拖車裝載就是拿起托盤輸送機(jī)，將這些車裝入另一個(gè)拖車內(nèi)。原料裝卸，輸送一些原材料，并且將這些原材料輸送到一些合適生產(chǎn)線上。成品裝卸，將工業(yè)產(chǎn)品從生產(chǎn)線上運(yùn)輸?shù)截浳锏膬?chǔ)存間[5]。

3.3.2 救援機(jī)器人

這些移動(dòng)機(jī)器人都可以在自然災(zāi)害和人為災(zāi)害發(fā)生時(shí)，為人類提供幫助，例如地震、火災(zāi)、水災(zāi)等。在大多情況下，一些發(fā)生災(zāi)害的位置是很難到達(dá)的，災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)通常也是特別危險(xiǎn)的，人力的救援往往是不夠的，救援人員不僅很難到達(dá)一些地方，而且有時(shí)還會(huì)嚴(yán)重地威脅救援人員的生命安全。所以，一些移動(dòng)機(jī)器人在救援過程中也發(fā)揮著十分大的作用。例如：日本是一個(gè)經(jīng)常發(fā)生地震災(zāi)害的國(guó)家，就可以利用移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行救援，它們可以提供更高清的圖像利用傳感器檢測(cè)和搜索一些需要救援的人，并且這些機(jī)器人十分靈活和耐用。

3.3.3 助理機(jī)器人

（1）Roomba 機(jī)器人可以被用來代替導(dǎo)盲犬的功能。這類機(jī)器人可以幫助視覺障礙的用戶順利通過一些比較混亂的環(huán)境，并且在遇到障礙時(shí)，還會(huì)幫助視覺障礙的用戶修改線路，并進(jìn)行提醒。這類機(jī)器人比較耐用和智能，比導(dǎo)盲犬更加靈活一些，還可以避免導(dǎo)盲犬的浪費(fèi)和減少培養(yǎng)的周期，可以直接進(jìn)行利用來幫助那些視覺障礙的用戶。（2）購(gòu)物助理機(jī)器人是猶他州立大學(xué)發(fā)明的。當(dāng)客人到達(dá)商店時(shí)，購(gòu)物助理機(jī)器人可以幫助客人進(jìn)行產(chǎn)品的辨認(rèn)，還可以更好地幫助客人進(jìn)行搜索想要的商品，能帶領(lǐng)客人到達(dá)想要的指定商品的位置，從而幫助客人購(gòu)買商品。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)的結(jié)合

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)有很大規(guī)模的應(yīng)用，同時(shí)，也為移動(dòng)機(jī)器人的定位和感知方面提供了很多的信息，可以幫助機(jī)器人采取更加準(zhǔn)確的定位輔助信息，確保信息在實(shí)際構(gòu)建過程當(dāng)中能夠具備一定的準(zhǔn)確度，同時(shí)確保信息應(yīng)用具備高度的有效性，并且能夠在應(yīng)用過程當(dāng)中使后續(xù)的各項(xiàng)定位工作更為完整，并且使其在應(yīng)用中獲得更為優(yōu)質(zhì)的信息支撐。需要進(jìn)行更為詳細(xì)且充分的分析工作，以此確保其機(jī)器人在實(shí)際定位時(shí)，出現(xiàn)的各類衛(wèi)星信號(hào)以及環(huán)境導(dǎo)致的限制問題得以解決。將藍(lán)牙、Wi-Fi等諸多系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的使用，確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及實(shí)際移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)能夠獲得綜合性的結(jié)合，確保計(jì)算機(jī)應(yīng)用效果[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，移動(dòng)機(jī)器人定位的應(yīng)用也越來越多，然而這一技術(shù)還存在很多不足的地方，還需要借助物聯(lián)網(wǎng)的支持來進(jìn)行不斷的提升。所以要在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)下與移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)進(jìn)行融合，并不斷地提高和優(yōu)化，為人們的生活提供更好的幫助。