移动机器人有哪几种导航方式？

隨著科學技術的進步，移動機器人已在諸多行業被廣泛應用，它是實現自主控制移動、自動執行工作的智能裝置，不僅能接受用戶的指揮，運行預先編排的程序，甚至能在無人干預的情況下實現自主移動。根據機器人導航方式的不同，目前的機器人導航方式主要可分為慣性導航、路標導航及激光導航等，而激光導航憑借其靈活自主的優勢，成為現下實現機器人自主移動的主流導航方式。

移動機器人慣性導航

慣性導航是一門涉及精密機械、計算機技術、微電子、光學、自動控制等多學科和領域的綜合技術。通過描述機器人的方位角和根據從某一參考點出發測定的行駛距離來確定當前位置的一種方法。這種導航方式通過與已知的地圖路線來比較，進而對移動機器人控制它的運動方向和距離，這樣便能實現機器人的自主導航。

其主要工作原理是以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度、角加速度，將它對時間進行一次積分，求得運動載體的速度、角速度，之后進行二次積分求得運動載體的位置信息，然后將其變換到導航坐標系，得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置信息等。

慣性導航原理圖

這種導航方式的優點在于其無需受氣候條件及外部信息的干擾，但隨著時間的積累，在對其進行積分之后，就算是一個很小的常數，它的誤差也將無限增大，因此，慣性導航里所用的傳感器對于長時間的精確定位是不合適的。

移動機器人路標導航

路標導航是指通過對移動機器人的內部傳感器輸入信息，并且能識別出的特殊環境的標志，這種路標本身具有固定的位置，可以是數學中的幾何形狀，也可以是字母及二維碼等。根據機器人所使用路標的不同，也可分為人工路標導航和自然路標導航兩大類。

人工路標導航是事先對機器人行走路線做好標記，通常采用特殊設計的顏色或紋理結構、信息圖案等，這些圖案一般是用紙片打印制作，通過環境光照明使攝像機感光成像。從而為機器人在環境中安裝專用的導航路線，這種導航方式相對較容易實現，但容易受環境光照變化的影響，穩定性差。

而自然路標導航是機器人不對原有的路線環境進行改變，而是通過對周圍環境進行自然特征的識別來實現導航，常規做法主要是利用地圖幾何特征，抽取Voronoi圖交叉點作為顯著地點的方法。這種導航方式雖不破壞原有環境，普適性好，但計算復雜、魯棒性不強。究其原因，主要是因為自然路標的檢測和提取比較復雜，常需要保存機器人視野中的所有圖像信息，然后進行特征的提取，存儲，檢測，匹配等。考慮到一個典型的室內場景圖像中往往存在太多的特征點，或者在室內導航過程中，檢測到數據庫中存在類似的場景，再加上局部特征點維度等種種因素，往往會導致應用所需的計算復雜度過高。

移動機器人激光導航

激光導航主要是基于SLAM的原理，實現機器人在未知環境中的自主定位、建圖及路徑規劃等功能，相比于上面所介紹的慣性導航及路標導航更具靈活及自主性。其主要是通過激光來獲取周圍環境的信息，測量激光從發出到接收的時間，計算出自身距離及前方障礙物的距離，通過算法的處理，得出環境模型，在不斷的掃描測距中獲取自身定位及行走路線。

如今，在家庭、商場、餐廳等領域，應用激光導航的機器人已占多數，覆蓋了室內全場景。在餐廳，送餐機器人可以隨意走動，即使在人多的時候也不會撞到客人；在商場，如果迷路了，點擊機器人身上的大屏幕就能被帶到目的地；在家里，掃地機器人知道哪些地方掃過，哪些地方沒掃過...。相信這是大多數人心中的理想機器人，但這看上去簡單的操作，對機器人來說卻存在極大的挑戰，僅依靠激光雷達、攝像頭等單一傳感器，顯然是無法實現的，還需要額外的算法來配合。

例如，采用激光導航的掃地機器人，在其身上安裝激光雷達，配合SLAM算法，可幫助掃地機實現自主定位與建圖，從而讓其實現智能導航及路徑規劃。完全無需人工干預，結合對應軟件達到數據互通，創建可視化實時地圖，通過分區清掃便能掌握已掃及未掃區域。

國內思嵐科技作為最早將激光導航應用于機器人的企業，其研發的自主定位導航技術已成熟的應用于導引導覽、運輸配送及安檢巡邏等各個方面的機器人中，即使是優必選、微軟、科大訊飛等知名企業的服務機器人項目也使用了思嵐科技的產品。

為了實現機器人的智能行走，思嵐科技為之付出了極大的努力，從2009年開始，思嵐科技便致力于定位導航技術的研究，在技術、市場及產品生產中做足了功課。不僅需要對產品進行研發及打磨，還需在保證產品品質及成本的情況下實現量產，尤其是激光雷達產品在組裝的過程中，對材料及順序都有嚴格要求，在調校上，由于工人對于行業及產品了解較少，實際操作中會面臨較大的困難，而初創企業又難以效仿大企業雇傭有多年經驗的技工，因此，思嵐科技通過計算機進行輔助，利用自動化的方式進行激光的調校，以此降低對工人個人能力的要求，在控制激光雷達成本的同時還能保證品質。

憑借多年努力及市場的認可，如今，思嵐科技已擁有360°激光掃描測距雷達、模塊化自主定位導航方案SLAMWARE及通用型服務機器人底盤ZEUS系列三大核心產品線。旗下業務遍布亞歐美洲等20多個國家和地區，服務超過2000家企業，個人使用用戶也達到10萬以上，成為業內的主導企業。