基于信息融合的機(jī)器人導(dǎo)航方法的分析與研究

李敏

【摘 要】現(xiàn)代社會(huì)科技發(fā)展迅猛，給社會(huì)生活帶來更多的便捷。在現(xiàn)代社會(huì)的高科技產(chǎn)品當(dāng)中，機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)屬于相對先進(jìn)的技術(shù)之一，而機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)又分為多種，例如信息融合導(dǎo)航技術(shù)。論文針對信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行闡述，分析該項(xiàng)技術(shù)的原理。

【Abstract】With the rapid development of science and technology in modern society， more convenience has been brought to social life. Among the high-tech products in modern society， robot navigation technology is one of the relatively advanced technologies. The robot navigation technology is divided into a variety of types， such as information fusion navigation technology. This paper expounds the robot navigation technology based on the information integration， and analyzes the principle of the technology.

【關(guān)鍵詞】信息融合；機(jī)器人；導(dǎo)航

【Keywords】intelligence integration；robot；navigation

【中圖分類號】TP242.6 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0189-02

1 引言

信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)，是作用于機(jī)器人運(yùn)行的路線引導(dǎo)，屬于任務(wù)命令技術(shù)，通過對周邊環(huán)境的信息規(guī)劃出機(jī)器人行動(dòng)的整體路徑，并使機(jī)器人在行動(dòng)中，能夠?qū)χ苓叺沫h(huán)境進(jìn)行感知，進(jìn)而在系統(tǒng)的處理下自動(dòng)做出合理的調(diào)整，最終達(dá)到行動(dòng)的目的。由此可見，機(jī)器人通過信息融合導(dǎo)航技術(shù)的行動(dòng)，需要保證自動(dòng)化、安全性、便捷性等特點(diǎn)，而實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)，主要依靠傳感器與系統(tǒng)的處理。

2 信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)概述

信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的運(yùn)行，首先需要對機(jī)器人運(yùn)行的行動(dòng)路線進(jìn)行整體的規(guī)劃，之后通過傳感器的收集數(shù)據(jù)功能[1]。在機(jī)器人行動(dòng)當(dāng)中，不斷的對周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并傳輸至機(jī)器人分析系統(tǒng)，通過分析系統(tǒng)的分析決策，使機(jī)器人對于周邊實(shí)際因素做出回避、移動(dòng)、停止、調(diào)整等舉動(dòng)。

而基于該項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性與周邊環(huán)境的多樣性，機(jī)器人的數(shù)據(jù)收集功能，不能通過單一數(shù)量與種類的傳感器來執(zhí)行，需要通過多種能夠識(shí)別動(dòng)態(tài)因素的傳感器實(shí)現(xiàn)，例如視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、雷達(dá)傳感器等等。此外，在多種傳感器的運(yùn)作下，所收集到的信息之間是互補(bǔ)的關(guān)系，但同時(shí)也會(huì)有信息多余，對于機(jī)器人的行為而言，多余的信息對機(jī)器人判斷市場有十分不利的影響，因此需要通過其他技術(shù)將信息融合消化，以此才能保證機(jī)器人的行為決策達(dá)到精確的程度。

3 機(jī)器人信息融合技術(shù)的原理

機(jī)器人信息融合技術(shù)，其定義為通過計(jì)算機(jī)的處理，將實(shí)時(shí)的信息按照順序在系統(tǒng)的規(guī)則之下進(jìn)行自動(dòng)化的分析、整合，最終得出符合指令目的的最佳決策[2]。由此可見，機(jī)器人信息融合技術(shù)的特征在于，信息融合技術(shù)的運(yùn)行是從多層面角度上，按照順序?qū)π畔⑻幚怼⑿畔⑷诤霞夹g(shù)包括了觀測、互通、分析、整合等功能。

機(jī)器人信息融合技術(shù)的分析功能，其運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)在于計(jì)算機(jī)算式，通過算式將多個(gè)信息整合、計(jì)算，最終出來的就是精確的指令。在算式的基礎(chǔ)之上，就需要具備一個(gè)精確的數(shù)據(jù)進(jìn)行保證，因此機(jī)器人信息融合技術(shù)分析功能當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)包含對初始化信息的核對、校準(zhǔn)等功能，使算式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精細(xì)化。

4 信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)系統(tǒng)組成

4.1 傳感器信息采集系統(tǒng)

傳感器信息采集系統(tǒng)，即為多種類、多數(shù)量的傳感器組合[3]。該模塊的作用是連接外部信息和內(nèi)部處理系統(tǒng)，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作流程中最先導(dǎo)的流程，機(jī)器人的任何行為都與傳感器密不可分。在傳感器對外部信息采集完畢后，會(huì)將信息整合傳輸至后置系統(tǒng)當(dāng)中，因此傳感器信息采集系統(tǒng)的功能還包括了信息整合與傳輸?shù)墓δ堋?/p>

4.2 自定義系統(tǒng)

機(jī)器人在進(jìn)行任務(wù)時(shí)，因?yàn)橥獠凯h(huán)境的變化，需要實(shí)時(shí)、及時(shí)的調(diào)整自身的位置與姿勢，此行為的支撐系統(tǒng)就是自定義系統(tǒng)。機(jī)器人的運(yùn)作如果只單靠傳感器進(jìn)行，那么難免會(huì)造成誤差，所以就需要自定義系統(tǒng)與傳感器進(jìn)行組合，以此優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)作。自定義系統(tǒng)的形成，主要依賴于擴(kuò)展卡爾曼濾波器、多樣化傳感器組合、光電編碼器的信息收集處理，之后自定義系統(tǒng)對收集而來的信息，進(jìn)行分析排除信息當(dāng)中的誤差，最終校準(zhǔn)機(jī)器人的行為。

4.3 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

因?yàn)闄C(jī)器人在運(yùn)作中，需要根據(jù)整體的規(guī)劃路線進(jìn)行移動(dòng)，而移動(dòng)當(dāng)中難免遇上障礙物，需要做出針對性的躲避動(dòng)作，這個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)也依賴于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)就是通過傳感器與其他融合系統(tǒng)傳遞來的信息，識(shí)別周邊是否存在阻礙行動(dòng)的障礙，如出現(xiàn)障礙物則通過自定義系統(tǒng)分析出來的姿勢與角度，促使機(jī)器人從正常的規(guī)劃路線移動(dòng)上轉(zhuǎn)換為躲避移動(dòng)。

4.4 移動(dòng)系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要針對機(jī)器人移動(dòng)的動(dòng)能速率與控制，機(jī)器人的動(dòng)能最基本的支撐是直流電機(jī)，而移動(dòng)系統(tǒng)正是通過對直流電機(jī)的控制，根據(jù)其他模塊給出的指令，對電機(jī)轉(zhuǎn)速等做出合理的控制，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直行、加速、減速等等動(dòng)作?；跈C(jī)器人行動(dòng)的靈活性，除了最簡單的動(dòng)作以外，還需要對機(jī)器人的其他行為進(jìn)行控制，例如左后后前轉(zhuǎn)彎、原地轉(zhuǎn)彎等等。這類行為的實(shí)現(xiàn)，主要也是通過對直流電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)。通常情況下，機(jī)器人有三個(gè)移動(dòng)輪，以三角形為分布形狀，其中前端單個(gè)移動(dòng)輪為支撐輪，而后端兩個(gè)移動(dòng)輪為方向、驅(qū)動(dòng)輪，通過對直流電機(jī)的控制，后端移動(dòng)輪速度相同則直行、速度不同則左右轉(zhuǎn)彎、數(shù)據(jù)相同但方向?qū)αt原地轉(zhuǎn)彎。

5 機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)各層面信息融合

5.1 數(shù)據(jù)層面信息融合

信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)當(dāng)中，數(shù)據(jù)層面的信息融合是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是首當(dāng)其沖的環(huán)節(jié)。其作用在于將傳感器收集到的原始信息進(jìn)行整合，使數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生聯(lián)系，而后將數(shù)據(jù)傳輸至融合系統(tǒng)當(dāng)中，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對象的處理。

而數(shù)據(jù)層面信息融合功能的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠最大限度保持多種傳感器收集的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的完整性有較大的保障效果，但相對的缺點(diǎn)在于，因?yàn)閿?shù)據(jù)較大且復(fù)雜，該項(xiàng)功能的運(yùn)作速率較低、代價(jià)較高，致使其難以保持實(shí)時(shí)性。此外，因?yàn)閿?shù)據(jù)的融合功能屬于基層功能，對于傳感器的初始化數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要保障對于數(shù)據(jù)當(dāng)中的不確定性有良好的分析功能，所以在傳感器與數(shù)據(jù)層面的融合的角度上，要求傳感器的像素達(dá)到一定的精確度，以此從采集的工程當(dāng)中，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

5.2 特征層面信息融合

特征層面信息融合功能，在整體的信息融合系統(tǒng)當(dāng)中，屬于中層次功能，作用在于將傳感器傳輸來的數(shù)據(jù)特征提取分析，之后通過數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)與整合進(jìn)行處理，最終將數(shù)據(jù)送入融合中心進(jìn)行最后的分析，進(jìn)而形成信息的判斷。該項(xiàng)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)在于，在保障大量初始化數(shù)據(jù)的完整性的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮，而且因?yàn)閿?shù)據(jù)的特征，將會(huì)直接影響最終的判斷，所以該項(xiàng)功能給出的特征，將在很大程度上直接引導(dǎo)決策的走向。對特征層面信息融合功能進(jìn)行分析，可以將其功能分為兩類，目標(biāo)狀態(tài)數(shù)據(jù)融合與目標(biāo)特質(zhì)融合。目標(biāo)狀態(tài)融合功能，主要用于傳感器跟蹤方面，作用是為了使數(shù)據(jù)精確度提高。而目標(biāo)特質(zhì)融合屬于識(shí)別技術(shù)，主要在傳感器對外部信息進(jìn)行觀測時(shí)，識(shí)別觀測信息的特質(zhì)，確認(rèn)當(dāng)前觀測目標(biāo)。

5.3 決策層面信息融合

決策層面信息融合在整個(gè)導(dǎo)航信息融合系統(tǒng)當(dāng)中，屬于最終的融合階段，此階段得出的結(jié)果，是直接控制機(jī)器人行為的因素。決策層面信息融合的運(yùn)作，是結(jié)合數(shù)據(jù)層面與特征層面反饋來的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，其優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的通信規(guī)模較小，并以此可以保持實(shí)時(shí)性，對于不同步的信息同樣具備優(yōu)秀的處理功能，而且其容錯(cuò)率也十分良好，即使在傳感器小部分損壞的前提下，依舊可以保持正常的運(yùn)作。而該校融合技術(shù)的缺點(diǎn)在于，容易損失初始化的數(shù)據(jù)，對于觀測目標(biāo)的變化特征難以收集，作為最終層面的融合技術(shù)，難以收集的缺點(diǎn)使其大量的特征數(shù)據(jù)庫發(fā)揮困難。

6 結(jié)語

現(xiàn)代社會(huì)科技發(fā)展十分發(fā)達(dá)，對于智能化的研究愈發(fā)深入。現(xiàn)代出現(xiàn)了智能自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，目的是為代替部分人工作業(yè)，而智能自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的行為，是依賴于信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)。信息融合機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)，是通過各項(xiàng)功能系統(tǒng)組合而成的技術(shù)，可以將機(jī)器人所處的外部環(huán)境進(jìn)行信息化采集，再通過內(nèi)部的分析功能，使機(jī)器人做出移動(dòng)、繞彎、躲避的動(dòng)作，以此保障機(jī)器人在運(yùn)行當(dāng)中的靈活性。

【參考文獻(xiàn)】

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