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　　【中國安防展覽網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注】 導航和定位是巡邏機器人完全自主運行的關(guān)鍵。根據(jù)位置估計和地圖進行自身定位，同時在自身定位的基礎(chǔ)上建造增量式地圖，實現(xiàn)機器人的自主定位和導航。目前，在自主定位方面比較主流的方式有五種：磁軌跡導航系統(tǒng)、信標導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、激光測距式導航系統(tǒng)、視覺導航系統(tǒng)。每種導航方式都有其優(yōu)點與局限性。
　　
　　磁軌跡導航系統(tǒng)
　　
　　預(yù)先在機器人運行路線上埋設(shè)軌跡，機器人運行過程中，身上的磁傳感器列陣監(jiān)測自身運動中心相對于磁軌跡的偏移，通過運動控制器控制左右差速，從而使機器人沿設(shè)定路線運行。同時，可設(shè)置既定的程序，使機器人在車載計算機控制下完成?？?、轉(zhuǎn)向、加減速、設(shè)備檢測等動作。

　　
　　此種方式實現(xiàn)簡單，且能滿足機器人導航高定位重復(fù)精度、強抗干擾能力的要求，目前在廠房和倉庫等場合普遍使用。但此種方法在實際運用中也面臨一些問題。比如，磁軌跡鋪設(shè)地面施工復(fù)雜、工作量大、物料消耗大、機器人運行不靈活、機器人越障高度受限于磁傳感器檢測距離等。出于經(jīng)濟性的考慮，并不適合于室外大面積鋪設(shè)。
　　
　　信標導航系統(tǒng)
　　
　　預(yù)先在機器人運行路線上設(shè)置信標，通過Zigbee無線信號進行通信。機器人接受到信標發(fā)出的信號，判斷信標方向與機器人前方向的夾角，并計算距離，通過算法得到短路線。

　　
　　此種導航方式設(shè)置簡單，成本低且易于操作，經(jīng)濟性比磁軌跡導航好。但此種方式對機器人的避障要求較高，當前方有障礙物時，機器人要重新計算另一條路線，再次遇到障礙時，再計算……導致機器人效率低下，此種巡邏方式并不適合于復(fù)雜環(huán)境。
　　
　　慣性導航系統(tǒng)
　　
　　慣性導航系統(tǒng)是利用對角速度敏感的陀螺儀和加速度計，依據(jù)初始位置姿態(tài)信息，通過積分運算確定載體當前的姿態(tài)、速度、和位置信息，是一種不依賴于外界信息，也不向外部輻射能量的自主式導航系統(tǒng)。因此，慣性導航不受天氣、季節(jié)、地理位置的影響，可工作范圍廣泛。

　　
　　慣性技術(shù)早在1930就運用于航海導航，經(jīng)過人們對慣性技術(shù)進行了三代改進，形成了現(xiàn)代化的慣性導航技術(shù)——捷聯(lián)慣導系統(tǒng)。將三軸的慣性測量傳感器固定在運動載體上，隨運動載體剛體運動，慣性平臺和導航坐標系之間通過姿態(tài)變換矩陣過度，相當于在計算機中建立數(shù)學的慣性平臺。
　　
　　慣性導航相當于一種推算導航，大的弊端在于長時間的積分會導致誤差不斷積累，從而形成越來越大誤差，使得計算機存儲運動載體的位置和現(xiàn)實中的位置有差別，且自身無法糾正。商用級別的慣導器件精度：陀螺零偏穩(wěn)定性在0.1°～0.001°/h之間，加速度計零偏穩(wěn)定性在20～50/μg之間。
　　
　　激光測距式導航系統(tǒng)
　　
　　利用巡檢機器人攜帶的激光測距傳感器和里程計建立二維地圖，再利用激光測距傳感器的觀測信息（目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀）與所建立的地圖進行匹配并得到機器人的定位信息（包含位置和航向），后機器人導航控制系統(tǒng)利用以上定位信息導航機器人到達*位置。

　　
　　激光測距傳感器使用經(jīng)過調(diào)制的激光束，具有很強的抗散射能力。向環(huán)境發(fā)射調(diào)制過后的激光探測信號，接收反射信號時必須經(jīng)過解調(diào)才能分析處理，這樣就能保證接收到的都是有效的信息，避免其他信號干擾。
　　
　　激光導航的運用場景靈活多變，靈敏度高，黑暗環(huán)境一樣適用，運用于室內(nèi)是非常理想的導航方式。但在室外，由于外界環(huán)境物體分布稀疏，缺少目標信息定位，且強烈的太陽光會影響激光的回收，此種導航方式運用并不是很理想。
　　
　　視覺導航系統(tǒng)
　　
　　利用搭載的單目或雙目攝像頭拍攝周圍的環(huán)境，獲取三維景物的二維圖像，并傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，進行處理、分析、獲取關(guān)于機器人前進過程中的障礙物信息，規(guī)劃出安全抵達終點的行進路線。上述導航方式與人類獲取外界環(huán)境信息的方式有很大的相似之處，但人類可以迅速處理分辨出外部環(huán)境的障礙物信息、顏色信息等，而機器人很難做到這一點。

　　
　　攝像頭隨機器人一起運動，獲取的場景信息會因機器人的運動而不斷變化，使得圖像處理算法設(shè)計起來比較復(fù)雜，而且對攝像機標定和運動模型的估計要求較高。當機器人運動速度較快時，圖像處理采集速度也要變高，短時間之內(nèi)要處理大量的圖片信息，系統(tǒng)的實時性達不到要求，機器人很可能與前方的障礙物發(fā)生碰撞。
　　
　　雖然視覺導航算法復(fù)雜難以實現(xiàn)，但與其它導航方式相比，它有著讓人無法忽視的優(yōu)越性，仍是導航方式重點研究方向。比如，視覺導航獲取信息量豐富，攝像機采集的圖像是視角范圍內(nèi)的全部信息，這種信息直觀、真實、可靠、全面，能夠獲取場景中絕大部分信息；視覺設(shè)備不容易受到外部其他設(shè)備的干擾而產(chǎn)生錯誤的信息；視覺設(shè)備的采樣周期比激光雷達和超聲波短，獲取場景信息更快，等等。
　　
　　對于室內(nèi)室外通用的巡邏機器人來說，采用單一的導航系統(tǒng)并不能完全滿足需求，融合兩種導航定位系統(tǒng)成為導航發(fā)展的新趨勢。尚云在線科技有限公司采用激光導航和慣性導航相結(jié)合的方式，運用可信度邏輯，根據(jù)環(huán)境進行自主切換可信度較高的導航方式，可穿梭于室內(nèi)室外，大大提高了巡邏機器人的運用范圍和靈活性。同時兩種導航方式相互矯正，大幅度提高巡邏機器人導航定位度，完成任務(wù)。同時，能讓巡邏機器人聰明地記憶存儲位置關(guān)系，比如當它因電量不足而自動返回充電完畢以后，能自動從上次返回的節(jié)點繼續(xù)開始巡邏。