移動機(jī)器人室內(nèi)地圖構(gòu)建及定位方法的相關(guān)分析

強(qiáng)鋒

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢 430068）

伴隨智能家居的社會關(guān)注及應(yīng)用程度不斷提高，移動機(jī)器人的室內(nèi)應(yīng)用服務(wù)需求也逐漸提升，提升其在室內(nèi)空間定位的精準(zhǔn)性，有助于進(jìn)一步提升移動機(jī)器人的智能性，從而使更多社會公眾認(rèn)可職能家居。移動機(jī)器人以室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人為典型代表，通過室內(nèi)地圖構(gòu)建及精準(zhǔn)的定位算范，能夠幫助機(jī)器人有效躲避室內(nèi)空間中存在的障礙物品，從而保證移動機(jī)器人能夠更為高效、安全和便捷的完成相應(yīng)服務(wù)任務(wù)。自定位問題是當(dāng)前移動機(jī)器人研發(fā)工作的技術(shù)難點(diǎn)，不提供環(huán)境模型所需要應(yīng)用的地圖構(gòu)建與定位方法也會存在差異，針對移動機(jī)器人室內(nèi)地圖構(gòu)建及定位方法的相關(guān)問題進(jìn)行探討，對于促進(jìn)移動機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 移動機(jī)器人室內(nèi)地圖構(gòu)建及定位方法的研究現(xiàn)狀

能否實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的自定位，是移動機(jī)器人能否自主完成指令任務(wù)的關(guān)鍵，移動機(jī)器人研究技術(shù)的不斷發(fā)展，各種室內(nèi)地圖構(gòu)建及定位方法的研究也層出不窮，不同的定位方法能夠體現(xiàn)不同的優(yōu)勢和劣勢[1]。移動機(jī)器人應(yīng)用程序中需要將室內(nèi)地區(qū)的構(gòu)建作為重要基礎(chǔ)性工作，此程序的理論方法為以超聲波模型、數(shù)據(jù)更新模型作為理論研究基礎(chǔ)，進(jìn)而應(yīng)用BG融合算法，形成柵格地圖的構(gòu)建方式，保證室內(nèi)地圖的穩(wěn)定性及重復(fù)精度。自定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人應(yīng)用功能的關(guān)鍵，傳統(tǒng)自定位系統(tǒng)以粒子濾波器為主要技術(shù)，其主要技術(shù)應(yīng)用思想為，將帶有權(quán)重的粒子點(diǎn)集中起來，并用其表示定位在空間中的分布狀態(tài)，假使粒子點(diǎn)的場地分布情況較為均勻，便在其定位過程中，根據(jù)運(yùn)動模型不斷更新位姿，進(jìn)而進(jìn)一步感知粒子點(diǎn)、更新位姿，通過上述步驟的循環(huán)反復(fù)，便能夠得到機(jī)器人的自定位結(jié)構(gòu)，從而保證移動程序的執(zhí)行[2]。當(dāng)時傳統(tǒng)自定位算法中，粒子濾波定位算法將更多的時間應(yīng)用與處理權(quán)重不高的粒子，因而導(dǎo)致其計算定位過程具有一定的盲目性，對其自動位系統(tǒng)的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，為提升自定位系統(tǒng)的計算和運(yùn)行效率，需要考量其數(shù)據(jù)的傳輸和計算問題，通過數(shù)據(jù)計算效能的提高，實(shí)現(xiàn)程序和系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升，以促進(jìn)自動位系統(tǒng)應(yīng)用價值的實(shí)現(xiàn)。

2 移動機(jī)器人室內(nèi)地圖構(gòu)建及定位方法

2.1 室內(nèi)地圖構(gòu)建

室內(nèi)地圖構(gòu)建方法以Bayesian公式、灰色系統(tǒng)理論作為構(gòu)建的理論支撐點(diǎn)，能夠體現(xiàn)出以下特點(diǎn)：其一，能夠形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)理論支撐體系；其二，由于其理論性質(zhì)較強(qiáng)，部分區(qū)域便會出現(xiàn)失真的情況；其三，灰色系統(tǒng)理論符合超聲波傳感器模型系統(tǒng)，將Bayesian公式應(yīng)用其中進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，更能夠體現(xiàn)其計算方法的實(shí)際性[3]。

由于模型計算中應(yīng)用Bayesian公式，需要將在灰色系統(tǒng)理論地圖構(gòu)建的算法中應(yīng)用概率問題，此計算方式符合移動機(jī)器人的實(shí)際地圖模型結(jié)構(gòu)，實(shí)際地圖中出現(xiàn)的障礙物，需要通過概率計算的方式保證移動機(jī)器人的移動路徑，因而需要保證障礙物的邊緣能夠足夠清晰和精確，從而保證柵格地圖的精度[4]。為實(shí)現(xiàn)其精度的提升，可以將柵格地區(qū)的單元劃分盡可能減小，從而提升地圖計算的精度。地圖的存儲問題也是保證其系統(tǒng)計算和應(yīng)用效率的重要問題，由于環(huán)境的復(fù)雜程度以及任務(wù)執(zhí)行程序，柵格地區(qū)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量會呈現(xiàn)線性的數(shù)據(jù)遞增趨勢，全組數(shù)據(jù)的存儲、應(yīng)用，以及與新產(chǎn)生數(shù)據(jù)的融合，都將成為影響其運(yùn)行情況的關(guān)鍵，為保證新舊信息融合的順暢性，需要盡可能地減少舊數(shù)據(jù)的存儲量。

地圖構(gòu)建中會出現(xiàn)里程計算誤差的問題，移動數(shù)據(jù)的不斷增加體現(xiàn)里程計數(shù)值的不斷增加，由于移動機(jī)器人需要依靠里程計算來對自身的位姿進(jìn)行調(diào)整，因而便會出現(xiàn)地圖傾斜或者扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這些問題都需要進(jìn)行不斷糾正，以減少里程誤差對位姿造成的影響[5]。國外相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)⒆匀宦窐?biāo)信息、人工路標(biāo)信息，以及室內(nèi)環(huán)境標(biāo)志物特征信息提取的方式，來盡量減少地圖出現(xiàn)的里程誤差問題，應(yīng)用絕對位置坐標(biāo)信息對位姿進(jìn)行修正，但是同時需要關(guān)注其位姿修正的效率問題，機(jī)器人在室內(nèi)環(huán)境中需要集采到路標(biāo)信息，才能夠?qū)ζ湮蛔诉M(jìn)行修正，此種修正方式過于被動，也會對機(jī)器人的實(shí)時運(yùn)行造成影響。為提升其路標(biāo)信息的集采效率，可以將紅外定位傳感系統(tǒng)應(yīng)用于程序中，正室內(nèi)環(huán)境中設(shè)計路標(biāo)的關(guān)鍵點(diǎn)，如桌角、門框等，當(dāng)機(jī)器人自行路過時，便能夠通過紅外系統(tǒng)感知相關(guān)信息，進(jìn)而對自身位姿進(jìn)行及時修正，應(yīng)用紅外傳感系統(tǒng)的時效性，彌補(bǔ)國外路標(biāo)集采方式存在的不足，提升移動機(jī)器人的位姿調(diào)整和處理效率。同時通過相關(guān)系統(tǒng)的構(gòu)建，保證柵格地圖的重復(fù)精度，進(jìn)而保證地圖應(yīng)用的穩(wěn)定性。

2.2 移動機(jī)器人的精確定位方法

室內(nèi)地圖構(gòu)建方法會使移動及其人對路標(biāo)具有較強(qiáng)的依賴性，室內(nèi)環(huán)境也需要通過預(yù)設(shè)的方式，來保證移動機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)設(shè)應(yīng)用狀態(tài)及價值，如果目標(biāo)環(huán)境與預(yù)設(shè)環(huán)境出現(xiàn)較大差異，便會影響移動機(jī)器人的應(yīng)用效能。當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域?qū)GB-D相機(jī)應(yīng)用于其自定位系統(tǒng)中，應(yīng)用優(yōu)化定位方式，以保證機(jī)器人的自動位系統(tǒng)能夠具備較高精度，從而保證機(jī)器人的運(yùn)行姿態(tài)。RGB-D相機(jī)的環(huán)境信息集采方式為圖像信息，相應(yīng)信息處理系統(tǒng)會根據(jù)集采系統(tǒng)中收錄的每一幀圖像信息進(jìn)行環(huán)境信息的計算，以視覺測量精度為基礎(chǔ)，應(yīng)用優(yōu)化算法的方式，保證自動位信息的精確計算[6]。此種計算方式能夠減少程序和系統(tǒng)對預(yù)設(shè)環(huán)境的依賴程度，在陌生環(huán)境中也能夠以圖像信息為基礎(chǔ)，保證移動機(jī)器人通過即時的數(shù)據(jù)計算和處理過程，保證最佳位姿完成自主任務(wù)。

3 結(jié)語

移動機(jī)器人在室內(nèi)環(huán)境的應(yīng)用價值不斷凸顯，當(dāng)前社會民眾對于人工智能技術(shù)的應(yīng)用需求也大幅提升，通過應(yīng)用技術(shù)的不斷升級和優(yōu)化，能夠保證移動機(jī)器人具備自主執(zhí)行任務(wù)的能力，提升其任務(wù)完成精確性及完成效率。室內(nèi)地區(qū)構(gòu)建及自定位是保證移動機(jī)器人應(yīng)用價值實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域倡導(dǎo)將RGB-D相機(jī)應(yīng)用于地圖構(gòu)建及定位系統(tǒng)中，通過圖像信息的集采方式，提升地圖模型計算效率，同時減少運(yùn)行程序?qū)︻A(yù)設(shè)環(huán)境的依賴性，大幅拓展移動機(jī)器人的廣泛適用性，在畫面信息的集采和計算過程中，保證移動機(jī)器人能夠及時對自身位姿進(jìn)行調(diào)整，持續(xù)完善移動機(jī)器人的智能功能和人性化特征，從而促進(jìn)移動機(jī)器人研究和應(yīng)用水平的不斷提升。