室內環境下移動機器人地圖構建與路徑規劃技術

文/陳雪超 開超 盧飛宇

通過對某一個移動機器人的路徑規劃進行分析，到對多個移動機器人的路徑規劃，最終到很多移動機器人進行地圖構建。當前在我國很多領域，移動機器人的運用越來越廣泛，將從事于惡劣工作環境下的人們正在不斷的解放出來。這能促進移動機器人行業的快速發展，對于研究單個移動機器人和多個移動機器人的運用都有著很好的促進作用。

1 我國關于移動機器人的研究以及現況分析

我國移動機器人的研究雖然起步較晚，但我國在移動機器人的研究上投入了較多的精力。我國研究學者受到來自自然界的動物群體性行為的影響，不斷的對智慧群體的進行深入的分析。這主要是集中在對移動機器人的協調、控制等問題進行分析。多智能體的研究也主要集中在分離性、隊列性以及群聚性的分析。分離性主要是避免移動機器人之間出現相互碰撞，隊列性主要是指移動機器人的移動速度出現相等，群聚性主要是指隊伍中的移動機器人之間的距離往往會保持在一定的范圍內，不會出現偏離很遠的現象。當前對多智能系統的運用非常廣泛，能夠運用在地圖構建以及協同完成共同的任務，從而彌補單個移動機器人的缺陷與不足。當前有兩種地圖構建的方法，分為已知環境的地圖進行重新構建和對未知環境的地圖進行構建，對未知環境的地圖構建只能通過傳感器進行實時數據采集而構建。

當前很多地圖構建的方式主要是通過結合視覺SLAM技術進行單個移動機器人的地圖構建，假定需要構建很大區域的地圖信息，則單個移動機器人的地圖構建效率將會出現明顯的降低。這是由于單個移動機器人在對位置數據進行解析的時候計算過程很復雜，往往需要上位機具備很高的計算能力，才能夠確保地圖信息的實時。如果單個移動機器人出現故障，將會使得地圖構建工作出現停滯。

通過分布式分任務的形式來對地圖信息進行構建，將會快速的獲取未知的地圖信息。移動機器人之間通過信息傳輸系統進行數據傳輸，使得每一個移動機器人能夠快速的獲取其他機器人的位置信息以及對周圍環境的探測信息，并且機器人之間的信息傳輸是相互的。

當前單個移動機器人在商業上得到了廣泛的運用，這主要是移動機器人能夠快速的獲取想要獲取的數據，并且能夠在危險地帶進行工作。單移動機器人以及多個移動機器人有著不同的運用場景，將對單移動機器人的研究技術運用到多移動機器人研究有著非常重要的作用。

2 分析室內環境下移動機器人地圖構建與路徑規劃技術

2.1 移動機器人的路徑規劃技術

移動機器人的路徑規劃在對我們有著非常重要的促進作用。路徑規劃又分為全局路徑規劃以及區域路徑規劃，全局路徑規劃是指所有的信息數據都已經被提前得知，對區域路徑規劃主要是指部分的信息數據還需要獲取。當前在移動機器人路徑規劃上的研究方法主要有人工魚群算法、蟻群算法等等。在移動機器人在進行路徑規劃的起點與重點輸入任意角度的模糊推理算法系統。該算法有著路徑規劃時間較短，但對于靜態的環境要求相對較多，在建立完善的知識庫的時候往往需要花費較長的時間，往往有著一定的不適應性。

傳統人工魚群算法是當前仿生算法性能較高的一種算法，其在進行運算的收斂速度以及尋優的效果也相對教好，模糊邏輯算法需要建立在已經搭建完成靜態環境以后，則其路徑規劃也有著較好的效果。魚群算法主要用于解決干擾對全局路徑規劃的合理性分析以及規劃的路徑過長的問題，這使得算法能夠在較為復雜的環境下能夠找到最優的路徑規劃。通過將人工魚群算法運用在路徑規劃上，使得不具備學習能力的移動機器人具有了對錯誤進行不斷累積學習的能力，能夠解決干擾的問題，也能夠在復雜的環境下迅速找到最優的路徑規劃。

2.2 多個移動機器人的實時定位導航技術

常用的移動機器人導航主要是磁導航、路標導航一家多傳感器的數據融合導航技術。視覺導航的運用對周圍環境的光強要求較高，我國很多研究人員主要將精力集中在多傳感器的數據融合技術上。移動機器人通過搭載在身上的各類傳感器對信息進行實時采集，使得移動機器人能夠朝著最終的目的地行進，并根據實際的環境情況進行障礙物躲避。這主要是移動機器人能夠對所采集的信息進行采集，通過上位機進行信息數據的實時處理，完成移動機器人的實時導航。我國學者結合移動機器人在靜態環境的路徑規劃實際情況，提出了一種有針對性的路徑規劃設置，并研發出了適應環境的搜索算法，雖然提高了移動機器人的路徑規劃能力，但是對于路徑的優化還有待進一步加強。

為了獲取移動機器人在進行路徑規劃過程中的收斂速度以及較好的實時環境控制，通過全局路徑規范的方式來實現移動機器人的路徑規劃，再通過對局部路徑進行獲取。全局規劃對于移動機器人信息數據獲取有著一定的幫助，能夠在模糊的環境下，為移動機器人指引出大致的行進方向。局部路徑求救的時候往往會首先將移動機器人的全局路徑信息數據進行判斷，如果獲取的數據滿足實際情況，將會讓移動機器人執行路徑規劃，如果獲取的數據不滿足實際的情況，將會有限按照局域路徑所獲取的路徑規劃進行執行。

全局地圖是指已經將全部的地圖信息儲存在移動機器人中，局部地圖則是根據移動機器人在行進的過程中根據傳感器所傳回的環境信息進行實時處理而生成的地圖數據。為了使得移動機器人碰撞到地圖中已經標志出來的障礙物，往往會將地圖中的障礙物的規格大小進行調整，避免移動機器人碰撞障礙物以后出現無法調整自身方位的現象。

2.3 多個移動機器人對地圖的實時構建

在對障礙物信息進行收集的過程中，往往會通過圖像識別技術來判斷障礙物的類型，往往不會關注障礙物的具體類型。往往只會關注該區域是否存在不能通行的情況。移動機器人將所探測到的信息傳遞給到SLAM系統中，這能夠直接降低未知區域內的復雜地圖信息的收集。當前對地圖的構建主要是在單個移動機器人視覺下的SLAM技術所完成，但這種技術并不適用于地圖面積龐大且復雜的環境。這是由于單個機器人出現故障以后將會無法繼續下一步地圖搭建，而且單個移動機器人的計算能力有限，無法應對復雜的地圖環境。為了快速的在復雜的環境下采集樣本，往往會將地圖信息數據分布給到各個移動機器人，按照各自的位置進行地圖信息采集，然后移動機器人之間相互傳輸數據，并且移動機器人之間的信息數據傳遞是雙向的。在對未知的環境進行信息采集的時候，往往讓單個移動機器人負責各自的區域，使得移動機器人之間相互協調配合完成地圖構建。

3 結語

當前科技發展的越來越迅猛，只有不斷研究才能夠發現技術更深層的解決方案。復雜環境下的移動機器人的適應能力對于移動機器人的發展有著很大的意義，這是由于現實情況的場景正在不斷的發生改變，路況將會使得路徑規劃出現一定的計算不準確，所以還需要對移動機器人的地圖構建以及路徑規劃進行不斷的深入研究。