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　　相信屏幕前的各位看官應(yīng)該都有過掃地的經(jīng)歷，回想一下掃地的過程，可以分解為兩個(gè)主要的動(dòng)作：走到某個(gè)位置；將其打掃干凈。與之相應(yīng)的，作為人類掃地勞動(dòng)的替代者——掃地機(jī)器人也包含兩個(gè)主要的系統(tǒng)：自主導(dǎo)航系統(tǒng)和清掃系統(tǒng)。

　　如果說清掃系統(tǒng)是掃地機(jī)器人冠以“掃地”之名的本錢，是掃地機(jī)器人之心；那么自主導(dǎo)航系統(tǒng)就是它冠以“機(jī)器人”之名的底氣，是掃地機(jī)器人之腦。如果沒有自主導(dǎo)航系統(tǒng)，那么它只能被稱為“掃地機(jī)器”而不是“掃地機(jī)器人”。下面就讓我們具體來看一下掃地機(jī)器人的“底氣”是怎么產(chǎn)生的。

　　機(jī)器人導(dǎo)航的三個(gè)經(jīng)典問題

　　說到機(jī)器人的自主導(dǎo)航，簡單來說可以歸結(jié)為由MIT教授JohnJ.Leonard和原悉尼大學(xué)教授Hugh Durrant-Whyte提出的三個(gè)問題：

　　(1)Where am I？

　　(2)Where I am going？

　　(3)How should I go there？

　　第一個(gè)問題是機(jī)器人的定位問題，即如何根據(jù)現(xiàn)在觀測到的和前面已知的信息，判斷機(jī)器人在當(dāng)前環(huán)境中的位置。第二個(gè)和第三個(gè)問題，實(shí)際上就是指定一個(gè)目標(biāo)，然后規(guī)劃一定的路徑來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。對一般的移動(dòng)機(jī)器人來說，這個(gè)目標(biāo)是一個(gè)點(diǎn)，即點(diǎn)到點(diǎn)導(dǎo)航。而對掃地機(jī)器人來說，其目標(biāo)不是到達(dá)某一點(diǎn)，而是遍歷某一個(gè)區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)對房間的清掃。今天讓我們先來看一下第一個(gè)問題，即掃地機(jī)器人的定位。

　　定位是包括掃地機(jī)器人在內(nèi)的移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航中最基本的環(huán)節(jié)，也是完成任務(wù)必須解決的問題。說到定位，大家首先想到的可能是GPS定位、基站定位等常用的室外定位。

　　與之不同，掃地機(jī)器人的定位都是室內(nèi)定位，其要求定位精度高（最少在亞米級(jí)），實(shí)時(shí)性好，GPS、基站定位等方法無法滿足。掃地機(jī)器人定位總體上可以分為相對定位和絕對定位，下面我們分別來看。

　　相對定位法

　　航位推算法（Dead-Reckoning Method）是一種經(jīng)典的相對定位法，也是掃地機(jī)器人目前最為廣泛使用的一種定位方法。它利用機(jī)器人裝備的各種傳感器獲取機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)信息，通過遞推累計(jì)公式獲得機(jī)器人相對初試狀態(tài)的估計(jì)位置。航位推算較常使用的傳感器一般有：碼盤，慣性傳感器（如陀螺儀、加速度計(jì)）等。

　　碼盤法一般使用安裝在車輪上的光電碼盤記錄車輪的轉(zhuǎn)數(shù)，進(jìn)而獲得機(jī)器人相對于上一采樣時(shí)刻位置和姿態(tài)的改變量，通過這些位移量的累積就可以估計(jì)機(jī)器人的位置。碼盤法優(yōu)點(diǎn)是方法簡單、價(jià)格低廉，但其容易受標(biāo)定誤差、車輪打滑、顛簸等因素影響，誤差較大。但是由于碼盤價(jià)格便宜，簡單易用，可用于機(jī)器人較短時(shí)間距離內(nèi)的位置估計(jì)。

　　慣性傳感器使用陀螺儀和加速度計(jì)得到機(jī)器人的角加速度和線加速度信息，通過積分獲得機(jī)器人的位置信息。一般情況下，使用慣性傳感器的定位精度高于碼盤，但是其精度也要受陀螺儀漂移、標(biāo)定誤差、敏感度等問題影響。無論是使用碼盤還是慣性傳感器，它們都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)：有累積誤差，隨著行駛時(shí)間、距離的不斷增加，誤差也不斷增大。因此相對定位法不適合于長時(shí)間、長距離的精確定位。