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定位及建图-前言

定位及建图-前言

作者: prophet__ | 来源:发表于2020-01-07 22:32 被阅读0次

SLAM,全称为simultaneous localization and mapping,实时定位及建图。

在一个智能机器人的使用过程当中,定位是整个机器人应用的基石。所有机器人的运动、交互等行为,都必须知道自己的相对位置以及目标位置的位置。

一个没有定位的机器人,就像我们经常吐槽他们很笨的扫地机器人那样,在未知的空间里撞来撞去,经常把自己扫过的地再扫一遍。

现代定位的发展已经有了四五十年的基础,在早期的定位与建图当中,往往会遇到几个问题。

1.规模的影响

往往收到计算代价的限制,小地图的定位效果较好,大地图的延时比较大。

2.定位与建图这两个模块的互相影响

在环境变化的过程当中,如何调和定位以及建图这两个模块的相关关系,这一点到现在也是一个很难解决的问题。
假如我在一个地图当中,放入了一个新的方块,我需要通过加入了这个新的方块的地图找到我自己的位置,同时我要对我建的这个新的地图进行更新,让它里面也加入这个方块。

那么什么时候要加呢(万一它只是临时在这个地方)?(建图)
加之前我如何确认自己在什么地方呢?(定位)
要把这个方块加在什么地方呢?(建图)

3.遇到相似的角落,会很难识别

如果你把一个人关到一个正方形四面都是白墙的屋里子,过了一段时间,就会不知道东南西北了,那么使用定位也是一个道理。
车辆在传感器反馈的数据相似的地方就会难以识别自己的位置,造成定位的错误。

我们所最熟知的定位系统大概是GPS了,GPS是在上个世纪70~80年代被开发出来的,通过卫星的三角或者多角定位,可以准确地计算出接收器在地球上的位置。

即使实时定位与建图有上面说的这么多困难,但它还是机器人一定要发展的一个方向,如果机器人做不到一个优良的SLAM,就更无从谈起智能化了。

为了找到机器人在地图中精准的位置,前人们使用了各种各样的方法,比如在地面上铺设磁导体,或者是反光板进行三角定位,又或者是用地球的磁场和惯导或微惯导做定位。

在我看来,帮助定位的方法有两个类别。

第一种是建立地图层的方法,比如说建立激光点云图层进行定位,或者是视觉的图层进行定位,或者是wifi波、PWB等等方法的定位。这个类别的核心是,在定位之前必须得建图,建图之后才能通过识别传感器数据找到自己在地图中的相对位置。

第二种方法比较不一样,它可以不用建立地图层,它是通过观测自己移动的相对位置,来判断自己移动的距离。在这个类别里有IMU(惯导)、里程计、视觉里程计等等。

在定位的综合应用当中,往往是两个类别的综合使用,由于第二种类别会产生累积误差,所以需要第一种类别来帮它进行误差的重置。

经过了几十年的发展,已经有许多开源的框架能展现出鲁棒性很强的定位效果了,但针对不同的场景还是会有一些问题,还有许多改进的空间。

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