人工智能和機(jī)器人領(lǐng)域著名的莫拉維克悖論表示：和傳統(tǒng)假設(shè)不同，對(duì)計(jì)算機(jī)而言，實(shí)現(xiàn)邏輯推理等人類高級(jí)智慧只需要相對(duì)很少的計(jì)算能力，而實(shí)現(xiàn)感知、運(yùn)動(dòng)等低等級(jí)智慧卻需要巨大的計(jì)算資源。

已經(jīng)在“人類最后智力驕傲”上碾壓人類的Google DeepMind的人工智能程序AlphaGo，卻連挪動(dòng)一枚小小的棋子都需要人類幫助才能完成，是莫拉維克悖論有力的證明，讓計(jì)算機(jī)在智力測(cè)試或者下棋中展現(xiàn)出一個(gè)成年人的水平是相對(duì)容易的，但是要讓計(jì)算機(jī)有如一歲小孩般的感知和行動(dòng)能力卻是相當(dāng)困難。

而在機(jī)器人系統(tǒng)中，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù)，是賦予機(jī)器人感知和行動(dòng)能力的關(guān)鍵。下面為大家盤點(diǎn)一下自主移動(dòng)機(jī)器人常用的四種導(dǎo)航定位方法。

激光全局定位系統(tǒng)一般由激光器旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、反射鏡、光電接收裝置和數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置等部分組成。工作時(shí)，激光經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)鏡面機(jī)構(gòu)向外發(fā)射，當(dāng)掃描到由后向反射器構(gòu)成的合作路標(biāo)時(shí)，反射光經(jīng)光電接收器件處理作為檢測(cè)信號(hào)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序讀取旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的碼盤數(shù)據(jù)（目標(biāo)的測(cè)量角度值），然后通過(guò)通訊傳遞到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)已知路標(biāo)的位置和檢測(cè)到的信息，就可以計(jì)算出傳感器當(dāng)前在路標(biāo)坐標(biāo)系下的位置和方向，從而達(dá)到進(jìn)一步導(dǎo)航定位的目的。

如圖是一個(gè)LDSR激光傳感器系統(tǒng)原理框圖。激光測(cè)距具有光束窄、平行性好、散射小、測(cè)距方向分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它也受環(huán)境因素干擾比較大，因此采用激光測(cè)距時(shí)怎樣對(duì)采 集的信號(hào)進(jìn)行去噪等也是一個(gè)比較大的難題，另外激光測(cè)距也存在盲區(qū)，所以光靠激光進(jìn)行導(dǎo)航定位實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，在工業(yè)應(yīng)用中，一般還是在特定范圍內(nèi)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，如檢測(cè)管道裂縫等場(chǎng)合應(yīng)用較多。

紅外傳感技術(shù)經(jīng)常被用在多關(guān)節(jié)機(jī)器人避障系統(tǒng)中，用來(lái)構(gòu)成大面積機(jī)器人“敏感皮膚”，覆蓋在機(jī)器人手臂表面，可以檢測(cè)機(jī)器人手臂運(yùn)行過(guò)程中遇到的各種物體。典型的紅外傳感器工作原理如圖所示。該傳感器包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管。由紅外發(fā)光管發(fā)射經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)，紅外光敏管接收目標(biāo)物反射的紅外調(diào)制信號(hào)，環(huán)境紅外光干擾的消除由信號(hào)調(diào)制和專用紅外濾光片保證。設(shè)輸出信號(hào)Vo 代表反射光強(qiáng)度的電壓輸出，則Vo是探頭至工件間距離的函數(shù)：

Vo=f(x，p)

式中，p—工件反射系數(shù)。p與目標(biāo)物表面顏色、粗糙度有關(guān)。x—探頭至工件間距離。

當(dāng)工件為p 值一致的同類目標(biāo)物時(shí)，x 和Vo 一一對(duì)應(yīng)。x可通過(guò)對(duì)各種目標(biāo)物的接近測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值得到。這樣通過(guò)紅外傳感器就可以測(cè)出機(jī)器人距離目標(biāo)物體的位置，進(jìn)而通過(guò)其他的信息處理方法也就可以對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航定位。

超聲波導(dǎo)航定位的工作原理也與激光和紅外類似，通常是由超聲波傳感器的發(fā)射探頭發(fā)射出超聲波，超聲波在介質(zhì)中遇到障礙物而返回到接收裝置。通過(guò)接收自身發(fā) 射的超聲波反射信號(hào)，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收時(shí)間差及傳播速度，計(jì)算出傳播距離S，就能得到障礙物到機(jī)器人的距離，即有公式： S=Tv/2 式中，T—超聲波發(fā)射和接收的時(shí)間差；v—超聲波在介質(zhì)中傳播的波速。

由于超聲波傳感器具有成本低廉、采集信息速率快、距離分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛地應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航定位中。而且它采集環(huán)境信息時(shí)不需要復(fù)雜的圖像配備技術(shù)，因此測(cè)距速度快、實(shí)時(shí)性好。同時(shí)，超聲波傳感器也不易受到如天 氣條件、環(huán)境光照及障礙物陰影、表面粗糙度等外界環(huán)境條件的影響。超聲波進(jìn)行導(dǎo)航定位已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各種移動(dòng)機(jī)器人的感知系統(tǒng)中。

（摘選自中國(guó)電子網(wǎng)）