人(ren)(ren)工(gong)智(zhi)(zhi)能和(he)機(ji)器人(ren)(ren)領(ling)域著名的莫拉維克悖論(lun)表(biao)示：和(he)傳統假(jia)設(she)不(bu)同，對計(ji)(ji)算(suan)機(ji)而言(yan)，實(shi)現(xian)邏輯推理(li)等人(ren)(ren)類高級(ji)智(zhi)(zhi)慧只需(xu)要相(xiang)對很少的計(ji)(ji)算(suan)能力，而實(shi)現(xian)感知(zhi)、運動等低等級(ji)智(zhi)(zhi)慧卻需(xu)要巨大的計(ji)(ji)算(suan)資源(yuan)。

　　已經在“人(ren)(ren)類(lei)最(zui)后(hou)智力驕(jiao)傲”上碾(nian)壓人(ren)(ren)類(lei)的(de)(de)(de)GoogleDeepMind的(de)(de)(de)人(ren)(ren)工智能程序AlphaGo，卻連挪動(dong)(dong)一(yi)枚小(xiao)小(xiao)的(de)(de)(de)棋子都需(xu)要(yao)人(ren)(ren)類(lei)幫助才(cai)能完成(cheng)，是莫拉(la)維克悖(bei)論有(you)力的(de)(de)(de)證明(ming)，讓計(ji)算(suan)機在智力測試或者下(xia)棋中展現出一(yi)個成(cheng)年人(ren)(ren)的(de)(de)(de)水平(ping)是相對(dui)容易的(de)(de)(de)，但是要(yao)讓計(ji)算(suan)機有(you)如一(yi)歲小(xiao)孩般的(de)(de)(de)感知和行動(dong)(dong)能力卻是相當困難。

　　而在機器(qi)人(ren)系統中，自主導(dao)(dao)航是一(yi)項核心技術(shu)，是賦(fu)予機器(qi)人(ren)感知和行動(dong)能(neng)力的(de)關鍵。下(xia)面(mian)為大家盤點(dian)一(yi)下(xia)自主移動(dong)機器(qi)人(ren)常(chang)用的(de)四種導(dao)(dao)航定位(wei)方法。　

　　在(zai)(zai)視(shi)覺(jue)(jue)導航定位系統中，目(mu)前國內外(wai)應用較(jiao)多的(de)是基(ji)于(yu)局(ju)部視(shi)覺(jue)(jue)的(de)在(zai)(zai)機器人中安(an)裝車(che)(che)載攝像機的(de)導航方式。在(zai)(zai)這種導航方式中，控制設(she)備和(he)傳感裝置裝載在(zai)(zai)機器人車(che)(che)體上，圖像識別、路徑(jing)規劃(hua)等高層決策都由車(che)(che)載控制計算機完成。

　　視覺(jue)導航(hang)定(ding)位(wei)系(xi)統主要包(bao)括：攝像(xiang)(xiang)機(ji)(ji)(或CCD圖(tu)像(xiang)(xiang)傳感(gan)器(qi))、視頻信(xin)號(hao)數字化設(she)(she)備、基于DSP的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)信(xin)號(hao)處理器(qi)、計算機(ji)(ji)及其外設(she)(she)等。現在有很多機(ji)(ji)器(qi)人系(xi)統采用CCD圖(tu)像(xiang)(xiang)傳感(gan)器(qi)，其基本元件是(shi)一行(xing)硅成像(xiang)(xiang)元素(su)，在一個(ge)襯底(di)上配置光敏(min)元件和電(dian)(dian)荷轉移(yi)器(qi)件，通過電(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)依次轉移(yi)，將(jiang)多個(ge)象素(su)的(de)(de)(de)視頻信(xin)號(hao)分時、順(shun)序地取出來，如面陣CCD傳感(gan)器(qi)采集的(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)分辨率可以從32×32到1024×1024像(xiang)(xiang)素(su)等。

　　視覺(jue)導航(hang)定位(wei)系(xi)統(tong)(tong)的工(gong)作原理簡單說來(lai)就是(shi)對(dui)機(ji)器(qi)人周邊的環(huan)境進(jin)(jin)行(xing)光學(xue)處理，先(xian)用攝像頭進(jin)(jin)行(xing)圖像信(xin)息采(cai)集，將采(cai)集的信(xin)息進(jin)(jin)行(xing)壓縮(suo)，然后將它反(fan)饋到一(yi)個由(you)(you)神經網絡(luo)和統(tong)(tong)計學(xue)方(fang)法構成的學(xue)習子(zi)系(xi)統(tong)(tong)，再由(you)(you)學(xue)習子(zi)系(xi)統(tong)(tong)將采(cai)集到的圖像信(xin)息和機(ji)器(qi)人的實(shi)際(ji)位(wei)置聯系(xi)起(qi)來(lai)，完(wan)成機(ji)器(qi)人的自主導航(hang)定位(wei)功能。　　

　　典型(xing)的(de)光反射(she)導航定位(wei)方法主要是(shi)利用激(ji)光或紅(hong)外(wai)(wai)傳感器來測距。激(ji)光和紅(hong)外(wai)(wai)都(dou)是(shi)利用光反射(she)技術來進行導航定位(wei)的(de)。

　　激(ji)光(guang)全(quan)局定位系統一般由激(ji)光(guang)器旋轉機構、反射(she)鏡、光(guang)電接(jie)收裝置和數據采集與傳輸裝置等部(bu)分組成。

　　工作時，激光經(jing)過旋轉(zhuan)鏡(jing)面機(ji)構(gou)向(xiang)(xiang)外發(fa)射(she)，當(dang)掃(sao)描到(dao)由后向(xiang)(xiang)反射(she)器(qi)(qi)構(gou)成(cheng)的合作路(lu)標時，反射(she)光經(jing)光電接收器(qi)(qi)件處(chu)理作為(wei)檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)，啟動數(shu)據(ju)(ju)采集程序讀取旋轉(zhuan)機(ji)構(gou)的碼盤數(shu)據(ju)(ju)(目標的測(ce)量(liang)角度值)，然后通過通訊傳遞(di)到(dao)上位機(ji)進(jin)行數(shu)據(ju)(ju)處(chu)理，根據(ju)(ju)已知(zhi)路(lu)標的位置(zhi)和檢測(ce)到(dao)的信(xin)(xin)息，就可以計(ji)算(suan)出傳感器(qi)(qi)當(dang)前在路(lu)標坐標系下的位置(zhi)和方向(xiang)(xiang)，從而達到(dao)進(jin)一步導航定位的目的。

　　激光測(ce)(ce)距(ju)具有光束窄、平行(xing)性好、散射(she)小、測(ce)(ce)距(ju)方向分辨(bian)率(lv)高等(deng)優點，但同時它也受環境因素干擾(rao)比較大，因此采(cai)用激光測(ce)(ce)距(ju)時怎樣(yang)對(dui)采(cai)集的(de)信號進行(xing)去噪等(deng)也是(shi)一(yi)個比較大的(de)難(nan)題，另(ling)外激光測(ce)(ce)距(ju)也存在盲區，所以光靠激光進行(xing)導航定位實現(xian)(xian)起來比較困難(nan)，在工業(ye)應用中，一(yi)般(ban)還是(shi)在特定范圍(wei)內的(de)工業(ye)現(xian)(xian)場檢測(ce)(ce)，如檢測(ce)(ce)管道裂縫等(deng)場合應用較多。

　　紅外傳(chuan)感技術經常被用在(zai)多關節機器(qi)人(ren)避障系(xi)統中(zhong)，用來構成大(da)面積機器(qi)人(ren)“敏感皮(pi)膚(fu)”，覆蓋在(zai)機器(qi)人(ren)手臂(bei)表面，可(ke)以檢(jian)測機器(qi)人(ren)手臂(bei)運行過程中(zhong)遇到的各(ge)種物體。

　　典型的(de)(de)(de)紅(hong)(hong)外傳感器(qi)包括一個可以發射紅(hong)(hong)外光(guang)的(de)(de)(de)固態發光(guang)二極管(guan)和(he)一個用作接收器(qi)的(de)(de)(de)固態光(guang)敏二極管(guan)。由紅(hong)(hong)外發光(guang)管(guan)發射經過調制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)信號，紅(hong)(hong)外光(guang)敏管(guan)接收目標物反射的(de)(de)(de)紅(hong)(hong)外調制(zhi)(zhi)信號，環境紅(hong)(hong)外光(guang)干擾(rao)的(de)(de)(de)消除(chu)由信號調制(zhi)(zhi)和(he)專用紅(hong)(hong)外濾光(guang)片保證。設輸(shu)(shu)出(chu)信號Vo代表反射光(guang)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)電壓輸(shu)(shu)出(chu)，則(ze)Vo是探頭至工件(jian)間距離的(de)(de)(de)函數(shu)：

　　Vo=f(x，p)

　　式(shi)中，p—工件反(fan)射系數。p與目標物表面顏色(se)、粗糙度有關(guan)。x—探(tan)頭至工件間(jian)距離。

　　當工件為p值(zhi)一致的(de)(de)同(tong)類目(mu)(mu)標(biao)(biao)物時，x和Vo一一對應。x可(ke)通(tong)過(guo)(guo)對各(ge)種目(mu)(mu)標(biao)(biao)物的(de)(de)接近測量實驗(yan)數據進(jin)行插(cha)值(zhi)得到。這(zhe)樣通(tong)過(guo)(guo)紅外傳感器(qi)就可(ke)以測出機器(qi)人(ren)距離目(mu)(mu)標(biao)(biao)物體的(de)(de)位(wei)置，進(jin)而通(tong)過(guo)(guo)其(qi)他的(de)(de)信息處理(li)方法也(ye)就可(ke)以對移動(dong)機器(qi)人(ren)進(jin)行導航定(ding)位(wei)。

　　雖(sui)然紅外(wai)傳感定位(wei)同樣具有靈敏度高、結構簡單、成本低(di)等優點，但因為(wei)它們角度分(fen)辨率(lv)高，而距(ju)離分(fen)辨率(lv)低(di)，因此在(zai)移動機器人中(zhong)，常用作接近覺傳感器，探測(ce)臨近或突發運動障(zhang)礙，便于機器人緊(jin)急(ji)停障(zhang)。　

　　如今，在(zai)智能機(ji)(ji)器(qi)人的(de)(de)導航定(ding)位(wei)技術應(ying)用中，一般(ban)采用偽距差分(fen)動態(tai)定(ding)位(wei)法，用基準(zhun)接收機(ji)(ji)和動態(tai)接收機(ji)(ji)共同觀測4顆GPS衛星，按(an)照(zhao)一定(ding)的(de)(de)算法即可(ke)求(qiu)出某(mou)時某(mou)刻機(ji)(ji)器(qi)人的(de)(de)三維(wei)位(wei)置坐標(biao)。差分(fen)動態(tai)定(ding)位(wei)消除了星鐘(zhong)誤差，對(dui)于在(zai)距離基準(zhun)站1000km的(de)(de)用戶，可(ke)以消除星鐘(zhong)誤差和對(dui)流(liu)層引起的(de)(de)誤差，因而可(ke)以顯著(zhu)提高動態(tai)定(ding)位(wei)精度。

　　但是因為在(zai)移動導(dao)(dao)航中，移動GPS接收機定位(wei)精度受(shou)(shou)到衛星信號狀(zhuang)況和道路環境的(de)影(ying)響，同時(shi)還受(shou)(shou)到時(shi)鐘誤(wu)差、傳播誤(wu)差、接收機噪聲等諸多(duo)因素(su)的(de)影(ying)響，因此(ci)，單純利用(yong)GPS導(dao)(dao)航存在(zai)定位(wei)精度比較低、可(ke)靠性不(bu)高(gao)的(de)問題，所以(yi)在(zai)機器(qi)(qi)人(ren)的(de)導(dao)(dao)航應用(yong)中通常還輔以(yi)磁羅盤、光(guang)碼盤和GPS的(de)數據(ju)進行導(dao)(dao)航。另外，GPS導(dao)(dao)航系(xi)(xi)統(tong)也不(bu)適(shi)應用(yong)在(zai)室內(nei)或者(zhe)水(shui)下機器(qi)(qi)人(ren)的(de)導(dao)(dao)航中以(yi)及對于位(wei)置精度要求較高(gao)的(de)機器(qi)(qi)人(ren)系(xi)(xi)統(tong)。　

　　超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)導航定(ding)位的(de)工作原理也與激光和紅外類似(si)，通常是由超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)傳感器的(de)發射探頭發射出(chu)超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)，超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)在介質(zhi)中遇到障(zhang)礙物而返(fan)回到接(jie)收裝置。

　　通(tong)過接收(shou)(shou)自(zi)身發(fa)(fa)射(she)(she)(she)的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波反(fan)射(she)(she)(she)信號，根據超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波發(fa)(fa)出及回波接收(shou)(shou)時間差及傳播(bo)速(su)度(du)，計算出傳播(bo)距離S，就能(neng)得到障礙物到機(ji)器人的(de)距離，即有公(gong)式(shi)：S=Tv/2式(shi)中，T—超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波發(fa)(fa)射(she)(she)(she)和(he)接收(shou)(shou)的(de)時間差；v—超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波在介質中傳播(bo)的(de)波速(su)。

　　當然(ran)，也有不少移(yi)動機器人導航定位中用到的是分開(kai)的發射和接(jie)收裝置，在(zai)環境地圖中布(bu)置多個接(jie)收裝置，而在(zai)移(yi)動機器人上(shang)安裝發射探頭(tou)。

　　在(zai)移動(dong)機(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)導航定(ding)(ding)位(wei)中，因(yin)為超聲波傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)自身的(de)缺(que)陷(xian)，如：鏡(jing)面反(fan)射、有限的(de)波束(shu)角等，給(gei)充分獲得(de)周邊環境(jing)(jing)信(xin)息(xi)(xi)造成(cheng)了困難(nan)，因(yin)此，通常采用多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)組成(cheng)的(de)超聲波傳(chuan)感(gan)系統(tong)(tong)，建立(li)相應的(de)環境(jing)(jing)模(mo)型，通過(guo)串行通信(xin)把傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)采集(ji)到的(de)信(xin)息(xi)(xi)傳(chuan)遞給(gei)移動(dong)機(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)，控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)再根據(ju)采集(ji)的(de)信(xin)號和(he)建立(li)的(de)數學模(mo)型采取一定(ding)(ding)的(de)算法(fa)進(jin)行對應數據(ju)處(chu)理便可以(yi)得(de)到機(ji)器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)位(wei)置(zhi)環境(jing)(jing)信(xin)息(xi)(xi)。

　　由(you)于超聲波傳感器具有成本低廉、采(cai)集信(xin)息(xi)速率快、距離分辨(bian)率高等優點(dian)，長期以來被(bei)廣泛地(di)應用到移動機器人的導航(hang)定(ding)位中。而且它(ta)采(cai)集環境信(xin)息(xi)時不(bu)需要復雜的圖(tu)像配備技術(shu)，因(yin)此測距速度快、實時性(xing)好。

　　同時，超(chao)聲波傳感器也不易受到如天氣條(tiao)件(jian)、環(huan)境(jing)光(guang)照及障礙物(wu)陰影(ying)(ying)、表面粗(cu)糙度等外(wai)界環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)的影(ying)(ying)響。超(chao)聲波進行導航定位已經被廣泛應用(yong)到各種移動機器人的感知系統中。