底盤(pán)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的重要環(huán)節(jié),從最初的概念上來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)件上加上輪子、電機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路就是底盤(pán)。但如今的機(jī)器人底盤(pán)不僅僅是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)那么簡(jiǎn)單,更多的是具備自主性,需要做到自主定位、建圖及路徑規(guī)劃等功能,即使在無(wú)人干預(yù)的情況下也能實(shí)現(xiàn)智能行走。
以業(yè)內(nèi)主流的移動(dòng)底盤(pán)來(lái)說(shuō),其融合了激光雷達(dá)、深度攝像頭、超聲波及防跌落等多個(gè)傳感器,并結(jié)合了思嵐科技自主研發(fā)的高性能SLAM算法。使其擁有可靠、易用的定位導(dǎo)航方案,即使面對(duì)各類(lèi)復(fù)雜環(huán)境,它也能做到自主路徑規(guī)劃及障礙物規(guī)避等功能。
激光雷達(dá):可幫助機(jī)器人時(shí)刻掃描周?chē)h(huán)境,提供地圖數(shù)據(jù),構(gòu)建高達(dá)5cm精度的地圖,并基于該地圖數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自主路徑規(guī)劃及導(dǎo)航功能;深度攝像頭:可偵測(cè)到位于雷達(dá)掃描平面上方的障礙物,并及時(shí)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行規(guī)避;超聲波傳感器:在工作時(shí),能精準(zhǔn)探測(cè)到玻璃、鏡面等高透材質(zhì)障礙物,從而在靠近這些物體前能及時(shí)避讓?zhuān)环赖鋫鞲衅鳎嚎蓭椭鷻C(jī)器人 360°偵查周?chē)墓ぷ鳝h(huán)境,判斷工作區(qū)域是否存在邊界、臺(tái)階、坡度等情況,從而發(fā)送請(qǐng)求信號(hào),避免跌落。
除了以上傳感器的融合,SLAM技術(shù)也是其實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)的關(guān)鍵。SLAM主要解決機(jī)器人的地圖構(gòu)建和即時(shí)定位問(wèn)題,而自主導(dǎo)航需要解決的是智能移動(dòng)機(jī)器人與環(huán)境進(jìn)行自主交互,尤其是點(diǎn)到點(diǎn)自主移動(dòng)的問(wèn)題,這需要更多的技術(shù)支持。
想要解決機(jī)器人智能移動(dòng)問(wèn)題,除了要有SLAM技術(shù)之外,還需要加入路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制。在SLAM技術(shù)幫助機(jī)器人確定自身定位和構(gòu)建地圖之后,進(jìn)行一個(gè)叫做目標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)航的能力。通俗的說(shuō),就是規(guī)劃一條從A點(diǎn)到B點(diǎn)的路徑出來(lái),然后讓機(jī)器人移動(dòng)過(guò)去。
從運(yùn)動(dòng)規(guī)劃上來(lái)說(shuō),目前主要有全局路徑規(guī)劃及局部路徑規(guī)劃之分。全局規(guī)劃,顧名思義,是最上層的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃邏輯,它按照機(jī)器人預(yù)先記錄的環(huán)境地圖并結(jié)合機(jī)器人當(dāng)前位姿以及任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)的位置,在地圖上找到前往目標(biāo)點(diǎn)最快捷的路徑。
局部規(guī)劃,當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)變化或者上層規(guī)劃的路徑不利于機(jī)器人實(shí)際行走的時(shí)候(比如機(jī)器人在行走的過(guò)程中遇到障礙物),局部路徑規(guī)劃將做出微調(diào)。
與全局路徑規(guī)劃的區(qū)別在于,局部路徑規(guī)劃可能并不知道機(jī)器人最終要去哪,但是對(duì)于機(jī)器人怎么繞開(kāi)眼前的障礙物特別在行。這兩個(gè)層次的規(guī)劃模塊協(xié)同工作,機(jī)器人就可以很好的實(shí)現(xiàn)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的智能移動(dòng)了。不過(guò)實(shí)際工作環(huán)境下,上述配置還不夠。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)規(guī)劃的過(guò)程中還包含靜態(tài)地圖和動(dòng)態(tài)地圖兩種情況。
A*算法A*(A-Star)算法是一種靜態(tài)路網(wǎng)中求解最短路徑最有效的直接搜索方法,也是解決許多搜索問(wèn)題的有效算法。算法中的距離估算值與實(shí)際值越接近,最終搜索速度越快。但是,A*算法同樣也可用于動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃當(dāng)中,只是當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí),需要重新規(guī)劃路線。
D*算法D*算法則是一種動(dòng)態(tài)啟發(fā)式路徑搜索算法,它事先對(duì)環(huán)境位置,讓機(jī)器人在陌生環(huán)境中行動(dòng)自如,在瞬息萬(wàn)變的環(huán)境中游刃有余。D*算法的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要預(yù)先探明地圖,機(jī)器人可以和人一樣,即使在未知環(huán)境中,也可以展開(kāi)行動(dòng),隨著機(jī)器人不斷探索,路徑也會(huì)時(shí)刻調(diào)整。
上述的幾種算法都是目前絕大部分機(jī)器人所需要的路徑規(guī)劃算法,能夠讓機(jī)器人跟人一樣智能,快速規(guī)劃A到B點(diǎn)的最短路徑,并在遇到障礙物的時(shí)候知道如何處理。