人工(gong)智(zhi)能(neng)和機器人領域著名的(de)(de)莫拉(la)維克悖論表(biao)示：和傳(chuan)統(tong)假設不同(tong)，對計算機而(er)言，實(shi)現(xian)邏輯推(tui)理等人類高(gao)級(ji)智(zhi)慧只(zhi)需要相對很(hen)少(shao)的(de)(de)計算能(neng)力，而(er)實(shi)現(xian)感(gan)知、運動等低(di)等級(ji)智(zhi)慧卻需要巨大的(de)(de)計算資源。

已經(jing)在“人(ren)(ren)類最(zui)后智(zhi)力(li)驕傲(ao)”上碾壓人(ren)(ren)類的Google DeepMind的人(ren)(ren)工智(zhi)能(neng)程序AlphaGo，卻連挪動一(yi)枚小小的棋子都(dou)需要人(ren)(ren)類幫助才能(neng)完(wan)成(cheng)，是(shi)莫拉維克悖論有力(li)的證明，讓計(ji)算(suan)機在智(zhi)力(li)測試或者下棋中展現出一(yi)個成(cheng)年人(ren)(ren)的水平是(shi)相(xiang)對容易的，但(dan)是(shi)要讓計(ji)算(suan)機有如一(yi)歲小孩(hai)般的感知和行動能(neng)力(li)卻是(shi)相(xiang)當困難。

而(er)在(zai)機(ji)(ji)器人系(xi)統中(zhong)，自(zi)主(zhu)導航是一項(xiang)核心(xin)技術，是賦予機(ji)(ji)器人感知和行動(dong)能(neng)力的關鍵。下面為大(da)家(jia)盤點一下自(zi)主(zhu)移動(dong)機(ji)(ji)器人常(chang)用的四種導航定(ding)位方法。

激(ji)光(guang)全(quan)局定(ding)位系統一般由(you)激(ji)光(guang)器(qi)旋(xuan)轉機(ji)構(gou)、反(fan)射(she)鏡(jing)(jing)、光(guang)電接收裝(zhuang)置(zhi)和數據(ju)采集與傳輸裝(zhuang)置(zhi)等部分組成(cheng)。工作時，激(ji)光(guang)經過旋(xuan)轉鏡(jing)(jing)面機(ji)構(gou)向(xiang)(xiang)外(wai)發(fa)射(she)，當(dang)掃描到(dao)由(you)后向(xiang)(xiang)反(fan)射(she)器(qi)構(gou)成(cheng)的(de)(de)合(he)作路標時，反(fan)射(she)光(guang)經光(guang)電接收器(qi)件處理作為檢測(ce)信號(hao)，啟動數據(ju)采集程序讀取旋(xuan)轉機(ji)構(gou)的(de)(de)碼盤(pan)數據(ju)（目(mu)標的(de)(de)測(ce)量角度(du)值），然后通(tong)過通(tong)訊傳遞到(dao)上位機(ji)進(jin)行數據(ju)處理，根據(ju)已知路標的(de)(de)位置(zhi)和檢測(ce)到(dao)的(de)(de)信息，就(jiu)可以(yi)計算出傳感器(qi)當(dang)前在路標坐標系下(xia)的(de)(de)位置(zhi)和方向(xiang)(xiang)，從(cong)而達(da)到(dao)進(jin)一步導航定(ding)位的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。

如圖(tu)是一(yi)個LDSR激(ji)光(guang)(guang)(guang)傳感(gan)器系統原理(li)框圖(tu)。激(ji)光(guang)(guang)(guang)測距(ju)具有光(guang)(guang)(guang)束(shu)窄(zhai)、平行(xing)性好(hao)、散射(she)小、測距(ju)方(fang)向分(fen)辨率高等優點，但同時它(ta)也受環(huan)境因素干擾(rao)比(bi)(bi)(bi)較(jiao)大，因此(ci)采(cai)用(yong)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測距(ju)時怎樣對采(cai) 集的(de)(de)信號進行(xing)去噪等也是一(yi)個比(bi)(bi)(bi)較(jiao)大的(de)(de)難題(ti)，另外激(ji)光(guang)(guang)(guang)測距(ju)也存在盲區，所以光(guang)(guang)(guang)靠(kao)激(ji)光(guang)(guang)(guang)進行(xing)導(dao)航定位(wei)實(shi)現起來比(bi)(bi)(bi)較(jiao)困難，在工業應(ying)用(yong)中，一(yi)般還是在特定范圍內(nei)的(de)(de)工業現場檢測，如檢測管道裂縫(feng)等場合應(ying)用(yong)較(jiao)多。

紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)傳感技術經常(chang)被用(yong)(yong)在(zai)多(duo)關節(jie)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)避(bi)障系統中(zhong)，用(yong)(yong)來構成大(da)面積(ji)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)“敏感皮膚”，覆蓋在(zai)機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)手臂表面，可(ke)以(yi)檢測機(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)手臂運行過(guo)程(cheng)中(zhong)遇到的各種物(wu)體。典型的紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)傳感器(qi)(qi)工作原理如圖所(suo)示。該傳感器(qi)(qi)包括一個(ge)(ge)可(ke)以(yi)發射紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)光的固態(tai)發光二極管(guan)和一個(ge)(ge)用(yong)(yong)作接收器(qi)(qi)的固態(tai)光敏二極管(guan)。由紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)發光管(guan)發射經過(guo)調制(zhi)的信(xin)號，紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)光敏管(guan)接收目標物(wu)反(fan)射的紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)調制(zhi)信(xin)號，環境紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)光干擾(rao)的消除由信(xin)號調制(zhi)和專用(yong)(yong)紅(hong)(hong)(hong)外(wai)(wai)濾光片保(bao)證。設(she)輸(shu)出信(xin)號Vo 代表反(fan)射光強度的電壓輸(shu)出，則Vo是探(tan)頭至工件間距離的函數：

Vo=f(x，p)

式中(zhong)，p—工件反(fan)射(she)系數(shu)。p與目標(biao)物表(biao)面顏色、粗糙度有關。x—探(tan)頭至(zhi)工件間距離。

當工件為(wei)p 值一(yi)致的同類目(mu)標物時(shi)，x 和Vo 一(yi)一(yi)對應。x可(ke)通過(guo)對各(ge)種目(mu)標物的接近測量(liang)實驗(yan)數(shu)據進(jin)行插值得到(dao)。這樣(yang)通過(guo)紅外(wai)傳(chuan)感(gan)器就可(ke)以(yi)測出機器人距(ju)離目(mu)標物體的位置(zhi)，進(jin)而通過(guo)其他的信息處理方(fang)法也就可(ke)以(yi)對移動機器人進(jin)行導(dao)航定位。

超聲(sheng)(sheng)波(bo)導航定(ding)位的工作(zuo)原理也與激光和(he)紅外類(lei)似，通(tong)常是由超聲(sheng)(sheng)波(bo)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的發(fa)射探(tan)頭(tou)發(fa)射出超聲(sheng)(sheng)波(bo)，超聲(sheng)(sheng)波(bo)在介(jie)質(zhi)中遇(yu)到障礙物而返回到接(jie)(jie)收(shou)裝置(zhi)。通(tong)過接(jie)(jie)收(shou)自(zi)身(shen)發(fa) 射的超聲(sheng)(sheng)波(bo)反射信(xin)號，根據超聲(sheng)(sheng)波(bo)發(fa)出及回波(bo)接(jie)(jie)收(shou)時間(jian)(jian)差(cha)及傳(chuan)(chuan)播(bo)速(su)度(du)，計算出傳(chuan)(chuan)播(bo)距(ju)離(li)(li)S，就(jiu)能得(de)到障礙物到機器(qi)人的距(ju)離(li)(li)，即有公(gong)式： S=Tv/2 式中，T—超聲(sheng)(sheng)波(bo)發(fa)射和(he)接(jie)(jie)收(shou)的時間(jian)(jian)差(cha)；v—超聲(sheng)(sheng)波(bo)在介(jie)質(zhi)中傳(chuan)(chuan)播(bo)的波(bo)速(su)。

由于超(chao)聲(sheng)波傳(chuan)感器(qi)具(ju)有(you)成本低(di)廉、采(cai)集(ji)信息速率(lv)快(kuai)、距(ju)離分(fen)辨率(lv)高等(deng)優點(dian)，長期(qi)以來被廣(guang)泛地(di)應用到移動(dong)機(ji)器(qi)人的(de)導航定(ding)(ding)位中(zhong)。而(er)且它采(cai)集(ji)環境(jing)(jing)信息時(shi)不需(xu)要復(fu)雜的(de)圖像配備技術，因此測距(ju)速度快(kuai)、實時(shi)性好。同(tong)時(shi)，超(chao)聲(sheng)波傳(chuan)感器(qi)也不易受到如天 氣條(tiao)件(jian)(jian)、環境(jing)(jing)光照及障礙物陰影、表面(mian)粗糙度等(deng)外界環境(jing)(jing)條(tiao)件(jian)(jian)的(de)影響。超(chao)聲(sheng)波進行導航定(ding)(ding)位已(yi)經(jing)被廣(guang)泛應用到各種移動(dong)機(ji)器(qi)人的(de)感知系統(tong)中(zhong)。

（摘選自中國電(dian)子網）