機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)原理與系統(tǒng)架構(gòu)?(二)
混合定位策略應(yīng)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景切換。在已知環(huán)境中,機(jī)器人可采用地圖匹配定位:將實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)與預(yù)構(gòu)建的高精度地圖(如室內(nèi) CAD 圖、室外點(diǎn)云地圖)進(jìn)行特征比對(duì),通過粒子濾波或掃描匹配算法實(shí)現(xiàn)定位。例如,倉儲(chǔ)機(jī)器人通過識(shí)別地面二維碼或反光板,結(jié)合輪式里程計(jì),可實(shí)現(xiàn) ±2mm 的定位精度,滿足精密裝配需求。在動(dòng)態(tài)環(huán)境中,定位系統(tǒng)需具備自適應(yīng)能力 —— 當(dāng)檢測(cè)到地圖與實(shí)時(shí)感知的差異(如新增障礙物)時(shí),自動(dòng)標(biāo)記動(dòng)態(tài)區(qū)域并調(diào)整定位權(quán)重,避免錯(cuò)誤累積。
路徑規(guī)劃:從起點(diǎn)到終點(diǎn)的 “最優(yōu)解” 計(jì)算
路徑規(guī)劃是導(dǎo)航系統(tǒng)的 “決策中樞”,其任務(wù)是在已知環(huán)境地圖中,根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)和約束條件(如障礙物、路徑長度、能耗),生成一條從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的可行路徑。根據(jù)規(guī)劃范圍和時(shí)效性要求,路徑規(guī)劃可分為全局規(guī)劃與局部規(guī)劃兩個(gè)層級(jí)。
全局路徑規(guī)劃解決宏觀路線選擇問題。在已知地圖中,全局規(guī)劃算法需快速搜索出理論最優(yōu)路徑,常用方法包括:
A * 算法:通過啟發(fā)式函數(shù)(如曼哈頓距離、歐氏距離)引導(dǎo)搜索方向,在保證路徑最優(yōu)的同時(shí)減少計(jì)算量,適用于靜態(tài)環(huán)境的短距離規(guī)劃(如室內(nèi)房間間導(dǎo)航);
Dijkstra 算法:通過廣度優(yōu)先搜索遍歷所有可能路徑,能找到絕對(duì)最優(yōu)解,但計(jì)算復(fù)雜度高,適合小范圍地圖(如倉庫貨架間路徑);
RRT(快速探索隨機(jī)樹):通過隨機(jī)采樣生成路徑樹,在高維空間(如包含運(yùn)動(dòng)學(xué)約束的機(jī)器人)中表現(xiàn)優(yōu)異,尤其適合非完整約束機(jī)器人(如差速驅(qū)動(dòng)機(jī)器人)的路徑規(guī)劃。
全局路徑的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括路徑長度、平滑度(曲率變化)、安全性(與障礙物的最小距離)。例如,服務(wù)機(jī)器人在室內(nèi)規(guī)劃時(shí)需優(yōu)先保證路徑平滑(避免頻繁轉(zhuǎn)向)和安全性(與家具距離≥30cm),而工業(yè) AGV 則更注重路徑效率(最短距離優(yōu)先)。