3、移动机器人定位研究的发展与方法解析

移动机器人定位研究的发展与方法解析

1. 移动机器人定位问题概述

移动机器人是可编程、能自我控制的机器，可依据自身内部状态和外部环境的传感信息，在有或无障碍物的环境中导航并完成任务。在移动机器人领域，导航问题至关重要，而定位则是实现导航的首要步骤。

移动机器人导航问题可细分为三个子问题：
- “我在哪里？” —— 即定位问题。
- “我要去哪里？” —— 也就是目标识别问题。
- “我如何到达那里？” —— 即路径规划问题。

在过去，移动机器人导航发展经历了不同阶段。20世纪80年代之前，导航主要基于简单的避障策略，定位依赖内部传感器。80年代之后，基于地图的导航方法逐渐出现，其中1987年提出的同时定位与地图构建（SLAM）受到众多研究者关注，并取得了许多实际成果。然而，目前多数成果主要集中在已知且确定的环境导航控制。在太空探索等领域，如美国的索杰纳号火星探测器在1997年登陆火星后，移动机器人需在未知环境中导航，这使得未知环境中的导航成为关键技术。在未知环境中，创建精确地图依赖于可靠的机器人定位，但由于缺乏环境先验知识和障碍物分布信息，且可能没有预设地标等绝对参考，移动机器人只能依靠自身传感器实现自我定位，视觉定位仍是该领域的难题。

2. 移动机器人早期发展历程

移动机器人研究历史悠久：
- 20世纪60年代末，SRI人工智能中心的Nilssen和Rosen等人开发了世界上第一台移动机器人Shakey。它配备多种传感器，由名为“STRIPS”的问题解决程序驱动，使用了感知、世界建模和驱动算法，对当今机器人技术产生了重大影响，其目的是研究人工智能技术在复杂环境中的自主推理、系统规划和控制应用。