第6章 机器人定位与建图.pptxVIP

人工智能与机器人

第6章机器人定位与建图6.1机器人定位技术6.2机器人地图构建6.3机器人同时定位与建图

本章思维导图

6.1机器人定位技术当前，机器人的应用领域和范围不断扩展，其中定位技术提供了重要支撑。近年来，机器人定位技术在技术手段、定位精度、可用性等方面均取得质的飞越，并且从航天、国防、工业等领域逐步渗透到日常生产生活中，如物流管理、车辆导航、扫地机器人等。6.1.1经典的机器人定位技术机器人经典定位技术有：室外卫星定位、无线局域网定位、无线射频定位、超声波定位、红外线定位、超宽带定位等。其基本的定位结构包括机器人、基站以及标签。

6.1.1经典的机器人定位技术1、室外卫星定位卫星定位系统是移动机器人室外常用的定位方法。卫星定位系统通常主要由空间卫星星座、接收器、监控中心组成。通过在机器人上安装的接收器，并通过测量接收器与卫星星座之间的卫星信号，计算接收器与卫星星座之间的伪距，进而利用定位解算算法及可获得机器人的位置参数。

6.1.1经典的机器人定位技术2、无线局域网定位局域网是一种基于以太网或令牌网络的无线通信方式。无无线线局域网中应用最为广泛的是Wi-Fi技术，该技术是比较流行的一种室内定位技术，其定位方法主要基于信号强度的传播模型法和指纹法。Wi-Fi定位技术能够屏蔽终端差异性使用Wi-Fi无线进行互联，提供机器人导航、位置以及管理等相关服务。

6.1.1经典的机器人定位技术3、无线射频定位无线射频技术主要利用射频信号和空间耦合传输特性，来实现对物体的识别和定位，该技术可以应用于室内环境。定位系统主要由表情、读写器和时间同步器等硬件组成。无线射频技术主要采用读写器和安装在机器人上的标签，利用射频信号将标签信息传输到读写器中，通过射频信号自动识别机器人并交换数据，属于一种非接触测量。

6.1.1经典的机器人定位技术4、超声波定位无线射频技术主要利用射频信号和空间耦合传输特性，来实现对物体的识别和定位，该技术可以应用于室内环境。定位系统主要由表情、读写器和时间同步器等硬件组成。无线射频技术主要采用读写器和安装在机器人上的标签，利用射频信号将标签信息传输到读写器中，通过射频信号自动识别机器人并交换数据，属于一种非接触测量。超声波与射频技术相结合的定位系统

6.1.1经典的机器人定位技术5、红外线定位红外线是一种波长介于微波与可见光之间的电磁波，红外线定位系统主要由红外线发射器和红外线接收器组成，红外线接收器安装在机器人机身上，红外线发射器则固定在室内环境中。红外线发射器用来发射经过调制编码后的红外光束，接收器用来接收并解码红外光束，通过测量得到机器人与红外线发射器之间的距离值，从而定位出机器人的位置。

6.1.1经典的机器人定位技术6、超宽带定位超宽带定位技术（UltraWideband，UWB）是近年来兴起的一种定位技术，作为一种无载波通信技术，其工作频带在3.1~10.6GHz，利用纳秒级或纳秒级以下非正弦窄脉冲传输数据。其定位原理为：在定位空间安装多组（至少2个）超宽带基站，与安装在机器人机身的定位标签进行脉冲信号通信，采用到达时间差原理，首先需要网络有线连接对多组超宽带基站进行时间同步，然后基于导读时间差信号对机器人的位置进行解算。超宽带定位技术具有传输速度高、抗干扰性好及多径分辨能力强等优点，目前在室内移动目标或者机器人定位中可以达到分米级的定位精度。超宽带定位技术对时间同步要求极高，适合小范围高精度的机器人定位场合。

6.1.2机器人无线定位算法常见的机器人无线定位算法是根据是否利用节点间距离或者角度信息分为非测距定位算法和基于测距的定位算法。非测距定位算法由于其无线测距信息计算量低，适合于以下低精度定位场合；而基于测距的定位算法主要通过测量无线信标节点和移动节点间的无线信号，包括信号接收强度、信号到达时间、信号到达时间差及信号到达角度来对机器人的位置进行精度解算。

6.1.1机器人无线定位算法基于非测距的无线定位方法，目前主要有质心定位、DV-HOP定位和APIT定位等。（1）质心定位算法质心定位算法是最为简单的一种定位算法，其算法的原理为：待定位节点被包围在k个信标节点所组成的多边形中，通过计算多边形的质心来近似确定待定位节点的位置，其计算过程如下。假设信标节点A、B、C、D四点对应的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)，待定位节点E的坐标为(x,y)，那么D点的坐标可以表示为1、基于非测距无线定位

6.1.1机器人无线定位算法（1）质心定位算法