物聯網環境下的移動機器人定位的應用

潘圓媛

(江西制造職業技術學院 江西南昌 330095)

隨著移動機器人的技術廣泛應用與提高，不僅在軍事領域，還在我們日常生活中也發揮了非常廣泛的作用。隨著不斷的發展，人們對它的要求也越來越高，所以它肩負的任務也就越來越重，所以物聯網為移動機器人定位技術的發展提供了更有力的保障和支持。在這兩種技術相結合之下，移動機器人的定位系統得到了快速和高效的發展，更加得到了人們的青睞。

1 聯網環境下移動機器人的研究背景和意義

1.1 研究背景

機器人是科技研究史上一項十分重大的發明，現如今已經發明出很多種不同類型的機器人，這些各種類型的機器人已經十分深入地運用到我們的軍事、工業以及日常生活中并發揮了很大的作用，其中，移動機器人作為其中非常高端的一個新型技術，它是具有非常高的感知信息的能力，還可以進行智能控制的一種智能機器人。目前，在這種復雜的研究環境當中，機器人的應用領域越來越廣闊，涉及的學科也越來越多，取得了十分廣闊的成果。移動機器人的智能水平也隨著科技人員的研究也在不斷提高，在利用物聯網進行聯網之后，移動機器人也變得越來越智能化，并且也越來越向智能化和自動化的方面發展，服務更加高效，可以為人類提供多種方面的幫助，幫助人類完成更多種類的任務，得到了十分廣泛的應用[1]。

1.2 研究意義

現階段應當加強重視在物聯網環境下對移動機器人的應用研究。只有在當前發展的基礎上，對移動機器人進行更好、更加全面的優化和提升，不斷解決好移動機器人在目前各項表現中面臨的問題和困境，才可以使相關領域和技術獲得更好的發展。首先，在互聯網智能化的環境下，移動機器人應當結合新一代互聯網的智能化、個性化等特性，提供更加契合人們需求的個性化服務，實現和互聯網的一體化發展。其次，在物聯網環境下，移動機器人的重要性不言而喻。必須要加強相關領域的研究，例如：要確保移動機器人定位工作可以得到更好的優化，使移動機器人的工作效率提升，能夠更加便捷地提供服務。

2 物聯網的概念和結構構架

2.1 物聯網的概念

物聯網是一個十分廣泛的概念，其不僅包括自動化和智能化，還滲透到人類社會的方方面面。大到軍事和工業的自動化以及城市的智能服務，小到智能家居、快遞智能貨柜，這些都是物聯網。互聯網的技術在不斷地提升，并且還可以廣泛地融入各個領域當中，可以準確地實現信息的識別和定位，從而進一步完成信息的交換和通信，為后續信息的應用和快速的發展提供幫助。同時，還可以減少其他環境和各種外部因素的影響，將一些相關的物品連接，完成信息的通信交流，從而實現對物體的智能化發展，這些都是建立在互聯網為基礎之上的，不斷地對各項工作進行優化和提升。總體來說，物聯網就是各種物體相互連接的一個互聯網[2]。

2.2 物聯網的結構構架

而在物聯網的感知層、網絡層和應用層之間，都是交互進行定位和控制的，互相傳遞各種多樣的信息，并且還能在特定的應用系統下識別一些靜態的和動態的信息。雖然物聯網在工業、交通、家庭和公共管理方面的應用都是各不相同的，但是這些應用都是基于感知層、網絡層和應用層這3層的基本結構構架所構建的。并且，物聯網與傳統的互聯網相比，技術更加先進，實用性更強，可以更加有效地融入各個領域當中，并且將效果發揮到最大化，可以更好地解決問題，使智能化得到更好的應用。

3 移動機器人的定位方法和技術

移動機器人是可以自動執行一些任務的機器，它不僅可以吸收人類的智慧，而且還可以根據自己的系統和人工智能預先地完成一些規定的程序。定位系統是機器人根據自身的位置，來設計一些合理的路線。移動機器人的定位技術在近年來發展得十分快速，并且給人們的生活帶來了十分大的便利[3]。

3.1 對移動機器人定位方法進行分析

3.1.1 拓撲地圖直推法

在開展實際的移動機器人相關定位工作過程時，一般會對拓撲地圖進行應用，由此對外部環境進行有效的顯示，移動動器人在實際應用過程當中會對各類問題信息進行相關的推理工作，在將推理的位置信息與運動之間進行聯系。為了保證移動機器人定位工作更加順利地進行，就需要將需要定位的整個運動的路線要先規劃好，盡量避免受位置的影響，使移動機器人不能夠準確地感受到下一個節點的信息，由此需要以起點為基礎，同時結合各類路徑進行詳細的優化。這就能夠使其定位過程當中所出現的誤差可以大幅度下降，同時也能夠使得其運動在開展過程當中所具有的成本大幅度下降，并且在一定程度上也能夠確保移動機器人其定位具備更加準確的特征，由此能夠進行更為精準的定位。

3.1.2 幾何地圖指推法

這種模式在具體應用過程當中，會將環境內的相關已知點進行應用，將其作為參照物進行使用，再對移動機器人相應的位置進行定位。在這一定位方法進行工作的過程中，主要會受噪聲的影響，所以要想更加準確地定位保證各項定位工作的有序進行，就必須將這個問題解決好。所以，可以應用機器人所具備的激光對各類信息的實際反饋進行有效的收集，由此對諸多信息進行綜合性的掌握，同時對實際環境的變化特征進行分析，以此確保相關的位置定位能夠得到有效的完成。

3.1.3 幾何地圖概推法

在移動機器人不斷發展之下，人們對于定位的精準度的要求變得更高，所以更應該做好全面的分析，確保這一定位方法可以得到有效的運用，使定位更加精準。擴展卡爾曼濾波器的運用，就是為了增強機器人定位的準確性。機器人的配置信息得到了提高，從而可以更好地保障在各項工作中定位的精準性。馬爾可夫定位算法可以直接通過各項數據來進行優化，從而可以更好地避免受到各種多樣化因素的影響，加快移動機器人的定位速度，提高移動機器人定位的精準度[4]。

3.1.4 對擴展卡爾曼濾波器及馬爾可夫定位算法進行分析

擴展卡爾曼濾波器的方式，在具體應用過程當中，能夠在一定程度上確保機器人及位置定位信息具有高度的準確性，在實際的應用過程當中，能夠以高斯分布的模式，對整體機器人所具有的朝向以及位置信息進行綜合性的描述，在具體移動中，整體機器會出現實時變化的特征，而由此會使機器人所具備的應有姿態、所具有的方差以及實際的向量分布，可以進行同時性的更改，在此過程之內會以卡爾曼濾波的模式予以實現，該方法在具體應用過程當中。會通過掃描識別以及實際的卡爾曼濾波器的位置進行計算掃描識別，在實際開展過程當中能夠依照整體機器人的傳感器在傳輸過程當中所具備的卡爾曼濾波讀數，由此對當前位置所具有的假想坐標點進行有效的判斷，而卡爾曼濾波器的位置計算，在具體應用過程當中，則會按照其外部所具有的測距讀數的差異性信息，對以高斯分布進行顯示的各類機器人的實際姿態以及各類數據進行有效的計算，由此使其定位的效率大幅度提升，并且在一定程度上也會使得定位的精準程度得到有效提高。

馬爾可夫定位算法在應用過程當中，會在相關需要的情況之下，對整體狀態空間進行相關的離散化，而由此在進行直接性的離散之后，整體空間單元概率密度來對實際的狀態分布進行懲戒，而馬爾可夫算法在具體的應用過程當中會在并不具備后效性的情況之下，以概率推理的方式開展實際的定位工作。在具體的應用過程當中能夠對機器人的實際狀態空間的整體定位、概率分布情況進行有效的計算，并且進行綜合性的更新，以此在各個時間之內能夠更為詳細地對空間之中所存在的各類姿態概率分布情況進行綜合性的記錄。該方式在具體應用過程當中，能夠對定位過程中所存在的各類較為復雜的情況進行表現，并且在實際使用過程當中能夠使整體移動機器人在定位中所具有的速度大幅度提升。

3.2 移動機器人的定位技術

3.2.1 視覺導航定位技術

視覺導航定位系統主要是在機器人中安裝車載攝像機的方式，目前有很多的機器人都是采用圖像傳感器，根據周邊的環境進行信息的采集，再利用攝像頭進行圖像的精準采集，保證信息采集得更加精準，然后再將采集的信息反饋到一個總體的系統中。

3.2.2 GPS全球定位系統

按照一定的算法，算出某時某刻機器人之間的坐標，再分析一些動態的定位，消除誤差。但是移動機器人的GPS定位精度還特別容易就受到了衛星信號和周邊環境的影響，所以，單純利用GPS定位精準度是比較低的，可靠性也不是很高，很多會利用輔助的磁羅盤進行導航，所以GPS 的定位不適用于對于定位精準度要求高的系統中。

3.2.3 光反射導航定位技術

這種定位的技術主要是利用激光或者是紅外傳感器來進行測量距離，再利用光電接收的裝置進行數據的采集和傳輸。工作時，激光通過鏡面的結構向外進行信息的發射，再掃描合作的路標，光電接收器進行信號的檢測，同時，啟動數據采集的程序，最后再根據已知的位置和檢測到的信息就可以計算出路標的位置和方向，進行進一步導航。這種定位技術的平行性比較好，測量的方向準確度比較高，分辨率也很高，但是也很容易受環境和信號噪聲的影響。

3.3 移動機器人定位的應用

3.3.1 在工廠和工業的應用

很多的工廠的車間使用移動機器人，也就是自動導引車。就是將產品從一個生產車間移到另一個生產車間，同時還會檢查產品的質量，它們可以更好地連續運輸，并且準時進行交貨，可以更好地加快工廠的運輸速度，保證優質生產。拖車裝載就是拿起托盤輸送機，將這些車裝入另一個拖車內。原料裝卸，輸送一些原材料，并且將這些原材料輸送到一些合適生產線上。成品裝卸，將工業產品從生產線上運輸到貨物的儲存間[5]。

3.3.2 救援機器人

這些移動機器人都可以在自然災害和人為災害發生時，為人類提供幫助，例如地震、火災、水災等。在大多情況下，一些發生災害的位置是很難到達的，災害現場通常也是特別危險的，人力的救援往往是不夠的，救援人員不僅很難到達一些地方，而且有時還會嚴重地威脅救援人員的生命安全。所以，一些移動機器人在救援過程中也發揮著十分大的作用。例如：日本是一個經常發生地震災害的國家，就可以利用移動機器人進行救援，它們可以提供更高清的圖像利用傳感器檢測和搜索一些需要救援的人，并且這些機器人十分靈活和耐用。

3.3.3 助理機器人

（1）Roomba 機器人可以被用來代替導盲犬的功能。這類機器人可以幫助視覺障礙的用戶順利通過一些比較混亂的環境，并且在遇到障礙時，還會幫助視覺障礙的用戶修改線路，并進行提醒。這類機器人比較耐用和智能，比導盲犬更加靈活一些，還可以避免導盲犬的浪費和減少培養的周期，可以直接進行利用來幫助那些視覺障礙的用戶。（2）購物助理機器人是猶他州立大學發明的。當客人到達商店時，購物助理機器人可以幫助客人進行產品的辨認，還可以更好地幫助客人進行搜索想要的商品，能帶領客人到達想要的指定商品的位置，從而幫助客人購買商品。

4 物聯網技術與移動機器人定位技術的結合

當前，物聯網有很大規模的應用，同時，也為移動機器人的定位和感知方面提供了很多的信息，可以幫助機器人采取更加準確的定位輔助信息，確保信息在實際構建過程當中能夠具備一定的準確度，同時確保信息應用具備高度的有效性，并且能夠在應用過程當中使后續的各項定位工作更為完整，并且使其在應用中獲得更為優質的信息支撐。需要進行更為詳細且充分的分析工作，以此確保其機器人在實際定位時，出現的各類衛星信號以及環境導致的限制問題得以解決。將藍牙、Wi-Fi等諸多系統進行綜合性的使用，確保物聯網技術以及實際移動機器人技術能夠獲得綜合性的結合，確保計算機應用效果[6]。

5 結語

目前，移動機器人定位的應用也越來越多，然而這一技術還存在很多不足的地方，還需要借助物聯網的支持來進行不斷的提升。所以要在物聯網基礎下與移動機器人定位技術進行融合，并不斷地提高和優化，為人們的生活提供更好的幫助。