隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以在許多簡單重復(fù)，危險的崗位上看到機器人的身影，移動機器人憑借其在復(fù)雜環(huán)境下工作，具有自行感知、自行規(guī)劃、自我決策功能的能力，它可以在不同的環(huán)境中移動并執(zhí)行任務(wù)，在人類社會中發(fā)揮著越來越重要的作用。但移動機器人擁有自主導(dǎo)航能力，才能進一步完成上訴所設(shè)定的任務(wù)?？梢哉f自主導(dǎo)航能力是移動機器人最為基礎(chǔ)和核心的技術(shù)，而上位機軟件的實現(xiàn)與設(shè)計，則進一步推動機器人的完善發(fā)展。在前兩篇文章中，我們介紹了移動機器人的基本概念和硬件組成，本文繼續(xù)深入探討移動機器人的自主導(dǎo)航系統(tǒng)及上位機軟件設(shè)計與實現(xiàn)。

1、移動機器人的內(nèi)載算法

為了實現(xiàn)移動機器人在未知環(huán)境的自主導(dǎo)航，就需要解決環(huán)境感知、地圖創(chuàng)建、自主定位、運動規(guī)劃等一系列核心問題，也就是移動機器人車載內(nèi)算法的解決。移動機器人內(nèi)部算法主要包括導(dǎo)航算法及運動控制算法。導(dǎo)航算法是指移動機器人在未知環(huán)境中通過傳感器數(shù)據(jù)獲取環(huán)境信息，規(guī)劃路徑并選擇最優(yōu)路徑到達目的地的算法。運動控制算法是指移動機器人在到達目的地后，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整方向和速度的算法。這些算法需要在移動機器人的控制器上實現(xiàn)，并與傳感器、執(zhí)行器等硬件進行交互。

在自主導(dǎo)航系統(tǒng)中，SLAM技術(shù)是通過激光雷達傳感器，獲取周圍環(huán)境的信息，實現(xiàn)即時定位與地圖構(gòu)建的過程。相比于視覺傳感器，激光雷達傳感器不受環(huán)境光照的影響，對障礙物識別準確度與可靠性高。路徑規(guī)劃技術(shù)則是在SLAM建立完整地圖基礎(chǔ)上，按照某種評價指標尋找一條從起始點到目標點的最優(yōu)無碰撞安全路徑。

▲SLIM與各領(lǐng)域關(guān)系圖

在運動控制算法方面，主要有閉環(huán)控制和開環(huán)控制兩種方式。閉環(huán)控制是通過傳感器反饋來調(diào)整控制量，保證移動機器人按照規(guī)劃路徑順利地到達目標位置。而開環(huán)控制則是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制量進行運動控制，不考慮機器人當前狀態(tài)的影響。開環(huán)控制相對簡單，但精度較低，常用于一些簡單的任務(wù)。然而由于自主導(dǎo)航系統(tǒng)的定位、建圖與導(dǎo)航等一系列操作較復(fù)雜，且移動機器人地圖、數(shù)據(jù)信息和運行軌跡無法直觀化，為此需要設(shè)計上位機將定位、建圖與導(dǎo)航等功能集成到上位機操作界面，同時實時顯示移動機器人地圖、數(shù)據(jù)和運行軌跡。

2、移動機器人外部調(diào)度軟件

和管理平臺

調(diào)度軟件和管理平臺是指在上位機（服務(wù)器）上實現(xiàn)的軟件，用于對移動機器人進行遠程管理和控制。通過調(diào)度軟件，可以實現(xiàn)對移動機器人的任務(wù)指派、路徑規(guī)劃、遠程監(jiān)控等功能。管理平臺則提供了對多臺移動機器人進行管理的功能，包括機器人的電量控制、狀態(tài)監(jiān)測、報警處理等。上位機軟件主要由２個主界面組成：主從機的登錄通信模塊以及移動機器人當前話題列表和運動信息顯示界面、可視化界面以及移動機器人啟動設(shè)置和控制模塊顯示界面。上位機利用全局規(guī)劃與局部規(guī)劃算法完成自主導(dǎo)航功能。上位機軟件所實現(xiàn)的主要功能如下：１）建立主從機之間的通信：將兩臺電腦連接在相同的局域網(wǎng)下，通過上位機分別獲取主從機的IP地址以及URL地址，再通過SSH協(xié)議讓從機登錄主機并且控制主機，從而完成登錄通信過程。２）獲取移動機器人當前話題列表及運動信息３）界面可視化及圖層信息獲取與發(fā)布位置信息４）啟動設(shè)置與實現(xiàn)移動機器人控制

▲上位機工作流程圖

移動機器人的自主導(dǎo)航系統(tǒng)及上位機軟件設(shè)計與實現(xiàn)是移動機器人技術(shù)的重要組成部分，是實現(xiàn)機器人智能化的關(guān)鍵。在現(xiàn)階段發(fā)展的移動機器人中，底層核心技術(shù)的發(fā)展確實是非常重要的，相信在未來，隨著機器人底盤技術(shù)的不斷成熟，我們將會再更多公共場所看到移動機器人靈活的身姿。這些技術(shù)的應(yīng)用將為倉儲和物流等各行各業(yè)帶來更高效、更智能的服務(wù)，具有重要的應(yīng)用價值。

帶你從0了解移動機器人往期推薦

(一) 什么是移動機器人

(二) 移動機器人硬件組成

浙江科聰是國內(nèi)領(lǐng)先的機器人核心控制系統(tǒng)和整體解決方案提供商。公司成立于2015年，位于美麗杭州的錢塘江畔。公司致力于為客戶提供國際一流的機器人技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于無人巡檢、倉儲、物流、安保巡邏、清潔、工程車輛、農(nóng)業(yè)機械等眾多領(lǐng)域。

公司技術(shù)實力強勁，擁有移動機器人全方位技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品化和工程化能力，覆蓋機器人技術(shù)相關(guān)機械、電路、軟件、算法、電氣、整機集成交叉學(xué)科全領(lǐng)域。核心團隊成員均為從業(yè)10年以上的機器人、自動化和人工智能行業(yè)技術(shù)專家。公司依托浙江大學(xué)、清華大學(xué)和中國科技大學(xué)等國內(nèi)高校平臺，并在國際范圍內(nèi)與美國卡耐基梅隆大學(xué)、德國德累斯頓大學(xué)、慕尼黑工業(yè)大學(xué)、美國硅谷的人工智能技術(shù)團隊達成了伙伴合作關(guān)系。公司已掌握智能移動機器人基于多傳感器融合的環(huán)境學(xué)習(xí)與精確定位技術(shù)、動態(tài)路徑規(guī)劃與精確軌跡跟蹤技術(shù)、移動機器人多驅(qū)運動控制技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)與智能云的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、多智體分布式協(xié)作技術(shù)、特種環(huán)境防護技術(shù)與本質(zhì)安全防爆技術(shù)等一系列國內(nèi)領(lǐng)先國際一流技術(shù)。