自第一臺(tái)機(jī)器人誕生至今，機(jī)器人經(jīng)歷了從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程，第一代機(jī)器人通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制的自主機(jī)械裝置；到第二代機(jī)器人有類(lèi)似人類(lèi)的力覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等；再到第三代智能機(jī)器人，通過(guò)各種傳感器獲取環(huán)境信息，利用人工智能識(shí)別、理解、推理并進(jìn)行判斷和決策來(lái)完成一定的任務(wù)。因此智能機(jī)器人除了具有環(huán)境感知能力外，還具有較強(qiáng)的識(shí)別理解能力和決策規(guī)劃能力。

定位是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的基本環(huán)節(jié)

目前，自主移動(dòng)機(jī)器人是當(dāng)前發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，尤其在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，所涉及的場(chǎng)景較為復(fù)雜，就需要機(jī)器人擁有自主定位導(dǎo)航技術(shù)，機(jī)器人的自主定位導(dǎo)航可以歸結(jié)為由MIT教授JohnJ．Leonard和原悉尼大學(xué)教授Hugh Durrant－Whyte提出的三個(gè)問(wèn)題：

（1）Where am I？

（2）Where I am going？

（3）How should I go there？

首個(gè)問(wèn)題就是機(jī)器人的定位問(wèn)題，即如何根據(jù)所觀測(cè)到的信息判斷機(jī)器人在當(dāng)前環(huán)境中的位置，后面兩個(gè)問(wèn)題實(shí)際上就是制定一個(gè)目標(biāo)，然后規(guī)劃一條路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。對(duì)一般的移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這個(gè)目標(biāo)是一個(gè)點(diǎn)，即點(diǎn)到點(diǎn)導(dǎo)航。

其中定位是移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的基本環(huán)節(jié)，也是機(jī)器人完成任務(wù)必須解決的問(wèn)題。機(jī)器人的定位方式主要取決于所采用的傳感器，常見(jiàn)的移動(dòng)機(jī)器人定位傳感器有激光雷達(dá)、超聲波、攝像頭、里程計(jì)、紅外線(xiàn)、防螺儀等。

機(jī)器人定位有絕對(duì)定位與相對(duì)定位之分

相對(duì)應(yīng)的，機(jī)器人定位技術(shù)又可分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位兩大技術(shù)，絕對(duì)定位主要采用導(dǎo)航信標(biāo)、主動(dòng)或被動(dòng)標(biāo)識(shí)、地圖匹配或衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)（GPS）進(jìn)行定位，定位精度較高，這幾種方法中，信標(biāo)或標(biāo)識(shí)牌的建設(shè)和維護(hù)成本較高，地圖匹配技術(shù)處理速度慢，而GPS 只能用于室外，目前精度還很差。

絕對(duì)定位的位置計(jì)算方法包括二視角法、二視距法、模型匹配算法等。相對(duì)定位是通過(guò)測(cè)量機(jī)器人相對(duì)于初始位置的距離和方向來(lái)確定機(jī)器人的當(dāng)前位置，通常也稱(chēng)為航位推算法，常用的傳感器包括里程計(jì)及慣導(dǎo)系統(tǒng)（速度陀螺、 加速度計(jì)等）。航位推算法的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人的位姿是自我推算出來(lái)的，不需要對(duì)外界環(huán)境的感知信息，缺點(diǎn)是漂移誤差會(huì)隨時(shí)間累積，不適于精確定位。

對(duì)于自主性要求較高的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人，模型匹配是其主要的定位方法，機(jī)器人需靠自身配置的傳感器獲取環(huán)境信息，從而進(jìn)行定位和導(dǎo)航。這類(lèi)機(jī)器人會(huì)涉及到環(huán)境感知、地圖匹配、位姿估計(jì)、軌跡規(guī)劃及運(yùn)動(dòng)執(zhí)行五個(gè)部分。

機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)時(shí)，首先需要進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，應(yīng)用線(xiàn)段、圓弧或樣條曲線(xiàn)擬合運(yùn)動(dòng)路徑，形成一系列運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)段，然后依據(jù)規(guī)劃的路徑，在每一段運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)上進(jìn)行局部軌跡規(guī)劃，實(shí)時(shí)生成參考運(yùn)動(dòng)軌跡。在遇到障礙物或異常碰撞時(shí)需要在當(dāng)前位置重新規(guī)劃路徑及運(yùn)動(dòng)軌跡，產(chǎn)生參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，輸入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器。傳感器測(cè)量并識(shí)別環(huán)境特征信息，經(jīng)過(guò)特征提取后與先驗(yàn)環(huán)境地圖進(jìn)行匹配，然后結(jié)合里程計(jì)測(cè)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理及必要的信息融合，利用有效的位姿估計(jì)算法，產(chǎn)生更加精確的當(dāng)前位姿估計(jì)，與參考輸入信號(hào)進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，修正機(jī)器人的位姿狀態(tài)。

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