基于信息融合的機器人導航方法的分析與研究

李敏

【摘 要】現代社會科技發展迅猛，給社會生活帶來更多的便捷。在現代社會的高科技產品當中，機器人導航技術屬于相對先進的技術之一，而機器人導航技術又分為多種，例如信息融合導航技術。論文針對信息融合機器人導航技術進行闡述，分析該項技術的原理。

【Abstract】With the rapid development of science and technology in modern society， more convenience has been brought to social life. Among the high-tech products in modern society， robot navigation technology is one of the relatively advanced technologies. The robot navigation technology is divided into a variety of types， such as information fusion navigation technology. This paper expounds the robot navigation technology based on the information integration， and analyzes the principle of the technology.

【關鍵詞】信息融合；機器人；導航

【Keywords】intelligence integration；robot；navigation

【中圖分類號】TP242.6 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0189-02

1 引言

信息融合機器人導航技術，是作用于機器人運行的路線引導，屬于任務命令技術，通過對周邊環境的信息規劃出機器人行動的整體路徑，并使機器人在行動中，能夠對周邊的環境進行感知，進而在系統的處理下自動做出合理的調整，最終達到行動的目的。由此可見，機器人通過信息融合導航技術的行動，需要保證自動化、安全性、便捷性等特點，而實現該項技術特點，主要依靠傳感器與系統的處理。

2 信息融合機器人導航技術概述

信息融合機器人導航技術的運行，首先需要對機器人運行的行動路線進行整體的規劃，之后通過傳感器的收集數據功能[1]。在機器人行動當中，不斷的對周邊環境進行實時收集，并傳輸至機器人分析系統，通過分析系統的分析決策，使機器人對于周邊實際因素做出回避、移動、停止、調整等舉動。

而基于該項技術的復雜性與周邊環境的多樣性，機器人的數據收集功能，不能通過單一數量與種類的傳感器來執行，需要通過多種能夠識別動態因素的傳感器實現，例如視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、雷達傳感器等等。此外，在多種傳感器的運作下，所收集到的信息之間是互補的關系，但同時也會有信息多余，對于機器人的行為而言，多余的信息對機器人判斷市場有十分不利的影響，因此需要通過其他技術將信息融合消化，以此才能保證機器人的行為決策達到精確的程度。

3 機器人信息融合技術的原理

機器人信息融合技術，其定義為通過計算機的處理，將實時的信息按照順序在系統的規則之下進行自動化的分析、整合，最終得出符合指令目的的最佳決策[2]。由此可見，機器人信息融合技術的特征在于，信息融合技術的運行是從多層面角度上，按照順序對信息處理、信息融合技術包括了觀測、互通、分析、整合等功能。

機器人信息融合技術的分析功能，其運轉的基礎在于計算機算式，通過算式將多個信息整合、計算，最終出來的就是精確的指令。在算式的基礎之上，就需要具備一個精確的數據進行保證，因此機器人信息融合技術分析功能當中，還應當包含對初始化信息的核對、校準等功能，使算式的基礎數據精細化。

4 信息融合機器人導航技術系統組成

4.1 傳感器信息采集系統

傳感器信息采集系統，即為多種類、多數量的傳感器組合[3]。該模塊的作用是連接外部信息和內部處理系統，是整個系統運作流程中最先導的流程，機器人的任何行為都與傳感器密不可分。在傳感器對外部信息采集完畢后，會將信息整合傳輸至后置系統當中，因此傳感器信息采集系統的功能還包括了信息整合與傳輸的功能。

4.2 自定義系統

機器人在進行任務時，因為外部環境的變化，需要實時、及時的調整自身的位置與姿勢，此行為的支撐系統就是自定義系統。機器人的運作如果只單靠傳感器進行，那么難免會造成誤差，所以就需要自定義系統與傳感器進行組合，以此優化機器人的運作。自定義系統的形成，主要依賴于擴展卡爾曼濾波器、多樣化傳感器組合、光電編碼器的信息收集處理，之后自定義系統對收集而來的信息，進行分析排除信息當中的誤差，最終校準機器人的行為。

4.3 轉換系統

因為機器人在運作中，需要根據整體的規劃路線進行移動，而移動當中難免遇上障礙物，需要做出針對性的躲避動作，這個過程的實現也依賴于轉換系統，轉換系統就是通過傳感器與其他融合系統傳遞來的信息，識別周邊是否存在阻礙行動的障礙，如出現障礙物則通過自定義系統分析出來的姿勢與角度，促使機器人從正常的規劃路線移動上轉換為躲避移動。

4.4 移動系統

此系統主要針對機器人移動的動能速率與控制，機器人的動能最基本的支撐是直流電機，而移動系統正是通過對直流電機的控制，根據其他模塊給出的指令，對電機轉速等做出合理的控制，最終實現機器人的直行、加速、減速等等動作。基于機器人行動的靈活性，除了最簡單的動作以外，還需要對機器人的其他行為進行控制，例如左后后前轉彎、原地轉彎等等。這類行為的實現，主要也是通過對直流電機的控制來實現。通常情況下，機器人有三個移動輪，以三角形為分布形狀，其中前端單個移動輪為支撐輪，而后端兩個移動輪為方向、驅動輪，通過對直流電機的控制，后端移動輪速度相同則直行、速度不同則左右轉彎、數據相同但方向對立則原地轉彎。

5 機器人導航技術各層面信息融合

5.1 數據層面信息融合

信息融合機器人導航技術當中，數據層面的信息融合是至關重要的環節，也是首當其沖的環節。其作用在于將傳感器收集到的原始信息進行整合，使數據之間產生聯系，而后將數據傳輸至融合系統當中，以此實現數據對象的處理。

而數據層面信息融合功能的優點在于，能夠最大限度保持多種傳感器收集的數據，對數據的完整性有較大的保障效果，但相對的缺點在于，因為數據較大且復雜，該項功能的運作速率較低、代價較高，致使其難以保持實時性。此外，因為數據的融合功能屬于基層功能，對于傳感器的初始化數據處理時，需要保障對于數據當中的不確定性有良好的分析功能，所以在傳感器與數據層面的融合的角度上，要求傳感器的像素達到一定的精確度，以此從采集的工程當中，保障數據的準確。

5.2 特征層面信息融合

特征層面信息融合功能，在整體的信息融合系統當中，屬于中層次功能，作用在于將傳感器傳輸來的數據特征提取分析，之后通過數據之間的關聯與整合進行處理，最終將數據送入融合中心進行最后的分析，進而形成信息的判斷。該項數據的優點在于，在保障大量初始化數據的完整性的同時，還能實現數據的壓縮，而且因為數據的特征，將會直接影響最終的判斷，所以該項功能給出的特征，將在很大程度上直接引導決策的走向。對特征層面信息融合功能進行分析，可以將其功能分為兩類，目標狀態數據融合與目標特質融合。目標狀態融合功能，主要用于傳感器跟蹤方面，作用是為了使數據精確度提高。而目標特質融合屬于識別技術，主要在傳感器對外部信息進行觀測時，識別觀測信息的特質，確認當前觀測目標。

5.3 決策層面信息融合

決策層面信息融合在整個導航信息融合系統當中，屬于最終的融合階段，此階段得出的結果，是直接控制機器人行為的因素。決策層面信息融合的運作，是結合數據層面與特征層面反饋來的數據進行判斷，其優點在于數據的通信規模較小，并以此可以保持實時性，對于不同步的信息同樣具備優秀的處理功能，而且其容錯率也十分良好，即使在傳感器小部分損壞的前提下，依舊可以保持正常的運作。而該校融合技術的缺點在于，容易損失初始化的數據，對于觀測目標的變化特征難以收集，作為最終層面的融合技術，難以收集的缺點使其大量的特征數據庫發揮困難。

6 結語

現代社會科技發展十分發達，對于智能化的研究愈發深入。現代出現了智能自動移動機器人，目的是為代替部分人工作業，而智能自動移動機器人的行為，是依賴于信息融合機器人導航技術。信息融合機器人導航技術，是通過各項功能系統組合而成的技術，可以將機器人所處的外部環境進行信息化采集，再通過內部的分析功能，使機器人做出移動、繞彎、躲避的動作，以此保障機器人在運行當中的靈活性。

【參考文獻】

【1】朱鳳春. 移動機器人導航與環境建模問題研究[D].青島：山東科技大學，2007.

【2】張捍東，鄭睿，岑豫皖.移動機器人路徑規劃技術的現狀與展望[J]. 系統仿真學報，2005（02）：439-443.

【3】楊毅.智能移動機器人的研究與開發[D].天津：河北工業大學，2004.