賀喜

【摘 ?要】在當(dāng)今時代對智能機器人的研究越來越火熱，尤其是室外智能移動機器人的研究和發(fā)展前景可謂是一片遼闊和光明。本文主要從室外移動機器人的幾個典型系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)進行研究分析并對其發(fā)展?fàn)顩r和水平進行簡要論述。

【關(guān)鍵詞】移動機器人;智能系統(tǒng);信息融合;導(dǎo)航定位

一、引言

室外智能移動機器人是眾多研究機器人工程中的關(guān)鍵支系。它主要是具備人工智能控制、圖像及信息處理以及檢測轉(zhuǎn)換等諸多高新科技領(lǐng)域和專業(yè)學(xué)科的融合。是眼下機器人研究領(lǐng)域最為突出的探究熱點。在我們實際研究的機器人類型中室外智能移動機器人無疑是當(dāng)前最能吸引人們眼球又具備很大的應(yīng)用空間和前景且很貼近人們生活的研究。伴隨著身邊關(guān)于機器人的一些報道和普及，相信大家聽到室外智能移動機器人這項研究時不再是那么遙不可及的事情。因為現(xiàn)在一提到無人駕駛技術(shù)相信大家都很樂于見到它的應(yīng)用，而且能明顯感覺到這種技術(shù)即將來到我們的生活并很大程度上提高我們的生活質(zhì)量。所以，對室外智能移動機器人關(guān)鍵技術(shù)的研究具有十分重要的意義。

二、室外智能移動機器人研究中的關(guān)鍵技術(shù)

室外智能移動機器人是一個結(jié)構(gòu)相當(dāng)龐雜的系統(tǒng)，它除了具有跟普通汽車相類似的功能即控制行駛速度、行駛方向等常規(guī)操作外更重要的是他還加入了很多人工智能的技術(shù)和內(nèi)容，來代替人類實行相關(guān)的任務(wù)。例如說自主導(dǎo)航和規(guī)劃相應(yīng)合理的路徑、感知并分析周圍環(huán)境等。因此，根據(jù)它的具體作用和運行機制，可以將室外智能移動機器人看作像人一樣具有智力上的分析和思考并做出具體的決策來指導(dǎo)自己實現(xiàn)相關(guān)的操作，但這一切的基礎(chǔ)是建立在具備智能化技術(shù)和移動機制且結(jié)合了一些其他高新技術(shù)的機械智能系統(tǒng)之上。雖然說室外智能移動機器人的研究包括很多方面如檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) 傳感器技術(shù)、運動控制技術(shù)和人工智能等，但主要的還是集中于一些關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和突破工作上。

（一）環(huán)境信息分析處理技術(shù)

一個健全的人類依靠一雙明亮的眼睛來規(guī)劃出他日常行進的道路，用眼睛來汲取周圍環(huán)境的信息再通過大腦思考來進一步做出決策。同樣，類比人類的眼睛結(jié)構(gòu)由眼球、視網(wǎng)膜、視覺神經(jīng)等組成，室外智能移動機器人的視覺體系結(jié)構(gòu)中的核心構(gòu)成則是機器人SLAM系統(tǒng)，SLAM系統(tǒng)通常具有激光SLAM和基于視覺的VSLAM，其機制是對各種傳感器數(shù)據(jù)進行采集和計算并生成對應(yīng)自身位置姿態(tài)的定位和場景地圖信息，來指導(dǎo)下一步的行動。另外有一些機器人視覺體系里還會加入三維激光雷達技術(shù)來汲取周圍環(huán)境的具體信息。室外移動機器人這樣的視覺體系可否準(zhǔn)確的汲取到相關(guān)的環(huán)境信息對機器人在行駛過程中精確實現(xiàn)路徑跟蹤和高效避讓一些路障十分關(guān)鍵。通過視覺感應(yīng)環(huán)境信息并分析處理的技術(shù)作為室外智能移動機器人研究過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要內(nèi)容是相關(guān)信息的壓縮和濾波、障礙物檢測、路徑檢測、交通標(biāo)志識別等。其中的道路檢測和障礙物檢測最為重要，同時它又是相對復(fù)雜跟困難的任務(wù)。對于室外智能移動機器人來說，視覺信息的集取便是局部路徑規(guī)劃以及實時導(dǎo)航的條件。在具體的道路檢測任務(wù)中有沒有做到準(zhǔn)確到位在某種程度上可以直接影響實際中具體道路環(huán)境的識別，間接決定了能否準(zhǔn)確無誤的做到局部路徑規(guī)劃及路徑跟蹤。在實際的技術(shù)研發(fā)中，為達到簡化信息處理降低開發(fā)難度，往往把室外智能移動機器人的工作環(huán)境區(qū)分為結(jié)構(gòu)化道路和非結(jié)構(gòu)化道路兩種環(huán)境。其中的結(jié)構(gòu)化道路比較容易實現(xiàn)檢測，通常都是以邊緣檢測技術(shù)為基礎(chǔ)進行模式匹配等，并用最小二乘法的處理對應(yīng)道路邊界線。進而得出具體的道路幾何形狀的描述。而另外一種即非結(jié)構(gòu)化道路則體現(xiàn)出一種相對復(fù)雜環(huán)境檢測，對于它的特征描述比較困難，也導(dǎo)致了非結(jié)構(gòu)化道路信息檢測和處理的復(fù)雜性。

（二）室外智能移動機器人的定位系統(tǒng)

室外智能移動機器人的行駛?cè)蝿?wù)需要建立在準(zhǔn)確的定位基礎(chǔ)上。而不同類型定位技術(shù)的應(yīng)用對應(yīng)的各自都具有相應(yīng)的優(yōu)缺點，所以實際的室外智能移動機器人中結(jié)合不同的定位技術(shù)綜合使用，來提升相應(yīng)定位的準(zhǔn)確性和可靠性。而這一過程主要涉及到的技術(shù)有蒙托卡羅（MCL）定位計算方法和IMU、陀螺儀、雷達定位等。其中的螺旋儀是一種用來傳感與維持方向的傳感器，它主要是由一個位于軸心且可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。一旦開始旋轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)子的角動量，讓其有抗拒方向改變的趨向，而慣性傳感器（IMU）主要是檢測和測量加速度、傾斜、沖擊、振動、旋轉(zhuǎn)和多自由度（DoF）運動。通過IMU和陀螺儀及MCL的組合應(yīng)用，可以明顯增強機器人本身的定位精確度，從而更準(zhǔn)確的完成相應(yīng)的任務(wù)。

（三）多傳感器的信息融合技術(shù)

當(dāng)實際生活中無人駕駛車輛行駛時需要持續(xù)不斷地收集和感應(yīng)周邊環(huán)境的信息和自身的狀態(tài)信息。而因為其工作環(huán)境的復(fù)雜性加之無人駕駛車輛狀態(tài)的不確定特性跟單一傳感器的局限性形成了明顯的不匹配現(xiàn)象。所以單靠一種傳感器實則不可能實現(xiàn)對外部環(huán)境的準(zhǔn)確感知。畢竟就算是人類也不是只靠單一的身體傳感機制就能完成相應(yīng)工作的。因此，為了實現(xiàn)即使處于復(fù)雜且不確定的環(huán)境下智能移動機器人也能完成準(zhǔn)確的自主性，往往在智能移動機器人中安裝不同種類的諸多傳感器。具體如通常用卡爾曼濾波、Dempster-Shafer 證據(jù)推理等技術(shù)將不同類型傳感器帶來的環(huán)境信息做出相應(yīng)的融合跟集成處理，來精確地反映環(huán)境特征。這樣的信息融合可以有效的提高準(zhǔn)確率，且環(huán)境信息不至于缺乏關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而且在另一個方向上可以有效保證機器人的運轉(zhuǎn)效率，一定程度上降低相應(yīng)的成本。

（四）機器人控制技術(shù)與路徑規(guī)劃技術(shù)

在室外智能移動機器人研究中，車體控制技術(shù)其根本目的跟關(guān)鍵要點。而智能移動機器人的導(dǎo)航跟控制工作的基礎(chǔ)是而路徑規(guī)劃。室外智能移動機器人的行為應(yīng)該依照具體的環(huán)境信息狀況結(jié)合給定的任務(wù)和變化的環(huán)境來實時進行車體的控制。這樣一個過程中，第一，要能準(zhǔn)確理解給定的任務(wù)，并作出相應(yīng)的全局路徑規(guī)劃。

而在具體的路徑規(guī)劃中，主要是利用一個完整的地圖數(shù)據(jù)庫里具備的信息來制定出一條暢通無阻的途徑，且是從起點至終點。當(dāng)前主要分析和探究結(jié)構(gòu)化道路在很多環(huán)境因素的影響下應(yīng)對的路徑規(guī)劃技術(shù)，以及相對自然的地形基礎(chǔ)上的路徑規(guī)劃等。當(dāng)然，還得把機器人運行過程中的對意外事故的反應(yīng)及臨時調(diào)整路徑考慮進去。因為在全局規(guī)劃下的路徑比較的粗略，精細(xì)度不夠，如路徑的陡度、彎度、寬度、分岔路口和路上障礙物等具體信息的掌控遠遠能適用于實際行駛過程。所以，室外智能移動機器人在行進的過程中應(yīng)該把局部環(huán)境感知和收集到的信息結(jié)合自身的狀態(tài)信息來做出具體的、明確的路徑規(guī)劃，且這個路徑是短程內(nèi)暢通無阻的理想化路徑。這即是所謂的比較科學(xué)準(zhǔn)確的局部路徑規(guī)劃。到了具體的控制機器的階段則需要依照上面的局部路勁規(guī)劃的結(jié)果和本機器的實時位置、行駛方向及行駛速度實施相應(yīng)的決策，再進一步給機械裝置發(fā)出駕駛的指令。

三、結(jié)語

根據(jù)前文中的論述可知當(dāng)前的室外智能移動機器人能夠?qū)崿F(xiàn)的智能方面的自主性跟做到真正實用化的程度還具有比較遠的一段距離?？蓮牧硪粋€角度看，眼下我國在這領(lǐng)域內(nèi)取得的一些研究成果依然是值得我們驕傲和激動的。相信伴隨著人工智能控制技術(shù)、先進機械制造工藝及互聯(lián)網(wǎng)計算機技術(shù)等高新技術(shù)的突破和進步，室外智能移動機器人技術(shù)的應(yīng)用和推廣將很快來到我們的實際生活，并很好的為我們服務(wù)。

參考文獻：

[1]歐青立，何克忠.室外智能移動機器人的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機器人，2000，22（6）：519-526.

[2]劉俊承.室內(nèi)移動機器人定位與導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究[J].畢業(yè)生，2005.

（作者身份證號碼：420324198411253857）