巡逻机器人：双导航融合是否1+1>2

　　导航和定位是巡逻机器人完全自主运行的关键。根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。目前，在自主定位方面比较主流的方式有五种：磁轨迹导航系统、信标导航系统、惯性导航系统、激光测距式导航系统、视觉导航系统。每种导航方式都有其优点与局限性。

　　磁轨迹导航系统

　　预先在机器人运行路线上埋设轨迹，机器人运行过程中，身上的磁传感器列阵监测自身运动中心相对于磁轨迹的偏移，通过运动控制器控制左右差速，从而使机器人沿设定路线运行。同时，可设置既定的程序，使机器人在车载计算机控制下完成停靠、转向、加减速、设备检测等动作。

　　此种方式实现简单，且能满足机器人导航高定位重复精度、强抗干扰能力的要求，目前在厂房和仓库等场合普遍使用。但此种方法在实际运用中也面临一些问题。比如，磁轨迹铺设地面施工复杂、工作量大、物料消耗大、机器人运行不灵活、机器人越障高度受限于磁传感器检测距离等。出于经济性的考虑，并不适合于室外大面积铺设。

　　信标导航系统

　　预先在机器人运行路线上设置信标，通过Zigbee无线信号进行通信。机器人接受到信标发出的信号，判断信标方向与机器人前方向的夹角，并计算距离，通过算法得到最短路线。

　　此种导航方式设置简单，成本低且易于操作，经济性比磁轨迹导航好。但此种方式对机器人的避障要求较高，当前方有障碍物时，机器人要重新计算另一条路线，再次遇到障碍时，再计算……导致机器人效率低下，此种巡逻方式并不适合于复杂环境。

　　惯性导航系统

　　惯性导航系统是利用对角速度敏感的陀螺仪和加速度计，依据初始位置姿态信息，通过积分运算确定载体当前的姿态、速度、和位置信息，是一种不依赖于外界信息，也不向外部辐射能量的自主式导航系统。因此，惯性导航不受天气、季节、地理位置的影响，可工作范围广泛。

　　惯性技术早在1930就运用于航海导航，经过人们对惯性技术进行了三代改进，形成了现代化的惯性导航技术——捷联惯导系统。将三轴的惯性测量传感器固定在运动载体上，随运动载体刚体运动，惯性平台和导航坐标系之间通过姿态变换矩阵过度，相当于在计算机中建立数学的惯性平台。

　　惯性导航相当于一种推算导航，最大的弊端在于长时间的积分会导致误差不断积累，从而形成越来越大误差，使得计算机存储运动载体的位置和现实中的位置有差别，且自身无法纠正。商用级别的惯导器件精度：陀螺零偏稳定性在0.1°～0.001°/h之间，加速度计零偏稳定性在20～50/μg之间。

　　激光测距式导航系统

　　利用巡检机器人携带的激光测距传感器和里程计建立二维地图，再利用激光测距传感器的观测信息(目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状)与所建立的地图进行匹配并得到机器人的定位信息(包含位置和航向)，最后机器人导航控制系统利用以上定位信息导航机器人到达指定位置。

　　激光测距传感器使用经过调制的激光束，具有很强的抗散射能力。向环境发射调制过后的激光探测信号，接收反射信号时必须经过解调才能分析处理，这样就能保证接收到的都是有效的信息，避免其他信号干扰。

　　激光导航的运用场景灵活多变，灵敏度高，黑暗环境一样适用，运用于室内是非常理想的导航方式。但在室外，由于外界环境物体分布稀疏，缺少目标信息定位，且强烈的太阳光会影响激光的回收，此种导航方式运用并不是很理想。

　　视觉导航系统

　　利用搭载的单目或双目摄像头拍摄周围的环境，获取三维景物的二维图像，并传送给专用的图像处理系统，进行处理、分析、获取关于机器人前进过程中的障碍物信息，规划出安全抵达终点的行进路线。上述导航方式与人类获取外界环境信息的方式有很大的相似之处，但人类可以迅速处理分辨出外部环境的障碍物信息、颜色信息等，而机器人很难做到这一点。

　　摄像头随机器人一起运动，获取的场景信息会因机器人的运动而不断变化，使得图像处理算法设计起来比较复杂，而且对摄像机标定和运动模型的估计要求较高。当机器人运动速度较快时，图像处理采集速度也要变高，短时间之内要处理大量的图片信息，系统的实时性达不到要求，机器人很可能与前方的障碍物发生碰撞。

　　虽然视觉导航算法复杂难以实现，但与其它导航方式相比，它有着让人无法忽视的优越性，仍是导航方式重点研究方向。比如，视觉导航获取信息量丰富，摄像机采集的图像是视角范围内的全部信息，这种信息直观、真实、可靠、全面，能够获取场景中绝大部分信息;视觉设备不容易受到外部其他设备的干扰而产生错误的信息;视觉设备的采样周期比激光雷达和超声波短，获取场景信息更快，等等。

　　对于室内室外通用的巡逻机器人来说，采用单一的导航系统并不能完全满足需求，融合两种导航定位系统成为导航发展的新趋势。尚云在线科技有限公司采用激光导航和惯性导航相结合的方式，运用可信度逻辑，根据环境进行自主切换可信度较高的导航方式，可穿梭于室内室外，大大提高了巡逻机器人的运用范围和灵活性。同时两种导航方式相互矫正，大幅度提高巡逻机器人导航定位精准度，高效完成任务。同时，能让巡逻机器人聪明地记忆存储位置关系，比如当它因电量不足而自动返回充电完毕以后，能自动从上次返回的节点继续开始巡逻。

　　国内巡逻机器人第一品牌广州尚云在线科技有限公司，将带着巡逻机器人家族参加9月22日-25日的广州智博会，届时将发布机器人家族新成员及它的全新导航技术。

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