物联网环境下的移动机器人定位的应用

2022-03-25潘圆媛

科技资讯 2022年16期

潘圆媛

(江西制造职业技术学院江西南昌 330095)

随着移动机器人的技术广泛应用与提高，不仅在军事领域，还在我们日常生活中也发挥了非常广泛的作用。随着不断的发展，人们对它的要求也越来越高，所以它肩负的任务也就越来越重，所以物联网为移动机器人定位技术的发展提供了更有力的保障和支持。在这两种技术相结合之下，移动机器人的定位系统得到了快速和高效的发展，更加得到了人们的青睐。

1 联网环境下移动机器人的研究背景和意义

1.1 研究背景

机器人是科技研究史上一项十分重大的发明，现如今已经发明出很多种不同类型的机器人，这些各种类型的机器人已经十分深入地运用到我们的军事、工业以及日常生活中并发挥了很大的作用，其中，移动机器人作为其中非常高端的一个新型技术，它是具有非常高的感知信息的能力，还可以进行智能控制的一种智能机器人。目前，在这种复杂的研究环境当中，机器人的应用领域越来越广阔，涉及的学科也越来越多，取得了十分广阔的成果。移动机器人的智能水平也随着科技人员的研究也在不断提高，在利用物联网进行联网之后，移动机器人也变得越来越智能化，并且也越来越向智能化和自动化的方面发展，服务更加高效，可以为人类提供多种方面的帮助，帮助人类完成更多种类的任务，得到了十分广泛的应用[1]。

1.2 研究意义

现阶段应当加强重视在物联网环境下对移动机器人的应用研究。只有在当前发展的基础上，对移动机器人进行更好、更加全面的优化和提升，不断解决好移动机器人在目前各项表现中面临的问题和困境，才可以使相关领域和技术获得更好的发展。首先，在互联网智能化的环境下，移动机器人应当结合新一代互联网的智能化、个性化等特性，提供更加契合人们需求的个性化服务，实现和互联网的一体化发展。其次，在物联网环境下，移动机器人的重要性不言而喻。必须要加强相关领域的研究，例如：要确保移动机器人定位工作可以得到更好的优化，使移动机器人的工作效率提升，能够更加便捷地提供服务。

2 物联网的概念和结构构架

2.1 物联网的概念

物联网是一个十分广泛的概念，其不仅包括自动化和智能化，还渗透到人类社会的方方面面。大到军事和工业的自动化以及城市的智能服务，小到智能家居、快递智能货柜，这些都是物联网。互联网的技术在不断地提升，并且还可以广泛地融入各个领域当中，可以准确地实现信息的识别和定位，从而进一步完成信息的交换和通信，为后续信息的应用和快速的发展提供帮助。同时，还可以减少其他环境和各种外部因素的影响，将一些相关的物品连接，完成信息的通信交流，从而实现对物体的智能化发展，这些都是建立在互联网为基础之上的，不断地对各项工作进行优化和提升。总体来说，物联网就是各种物体相互连接的一个互联网[2]。

2.2 物联网的结构构架

而在物联网的感知层、网络层和应用层之间，都是交互进行定位和控制的，互相传递各种多样的信息，并且还能在特定的应用系统下识别一些静态的和动态的信息。虽然物联网在工业、交通、家庭和公共管理方面的应用都是各不相同的，但是这些应用都是基于感知层、网络层和应用层这3层的基本结构构架所构建的。并且，物联网与传统的互联网相比，技术更加先进，实用性更强，可以更加有效地融入各个领域当中，并且将效果发挥到最大化，可以更好地解决问题，使智能化得到更好的应用。

3 移动机器人的定位方法和技术

移动机器人是可以自动执行一些任务的机器，它不仅可以吸收人类的智慧，而且还可以根据自己的系统和人工智能预先地完成一些规定的程序。定位系统是机器人根据自身的位置，来设计一些合理的路线。移动机器人的定位技术在近年来发展得十分快速，并且给人们的生活带来了十分大的便利[3]。

3.1 对移动机器人定位方法进行分析

3.1.1 拓扑地图直推法

在开展实际的移动机器人相关定位工作过程时，一般会对拓扑地图进行应用，由此对外部环境进行有效的显示，移动动器人在实际应用过程当中会对各类问题信息进行相关的推理工作，在将推理的位置信息与运动之间进行联系。为了保证移动机器人定位工作更加顺利地进行，就需要将需要定位的整个运动的路线要先规划好，尽量避免受位置的影响，使移动机器人不能够准确地感受到下一个节点的信息，由此需要以起点为基础，同时结合各类路径进行详细的优化。这就能够使其定位过程当中所出现的误差可以大幅度下降，同时也能够使得其运动在开展过程当中所具有的成本大幅度下降，并且在一定程度上也能够确保移动机器人其定位具备更加准确的特征，由此能够进行更为精准的定位。

3.1.2 几何地图指推法

这种模式在具体应用过程当中，会将环境内的相关已知点进行应用，将其作为参照物进行使用，再对移动机器人相应的位置进行定位。在这一定位方法进行工作的过程中，主要会受噪声的影响，所以要想更加准确地定位保证各项定位工作的有序进行，就必须将这个问题解决好。所以，可以应用机器人所具备的激光对各类信息的实际反馈进行有效的收集，由此对诸多信息进行综合性的掌握，同时对实际环境的变化特征进行分析，以此确保相关的位置定位能够得到有效的完成。

3.1.3 几何地图概推法

在移动机器人不断发展之下，人们对于定位的精准度的要求变得更高，所以更应该做好全面的分析，确保这一定位方法可以得到有效的运用，使定位更加精准。扩展卡尔曼滤波器的运用，就是为了增强机器人定位的准确性。机器人的配置信息得到了提高，从而可以更好地保障在各项工作中定位的精准性。马尔可夫定位算法可以直接通过各项数据来进行优化，从而可以更好地避免受到各种多样化因素的影响，加快移动机器人的定位速度，提高移动机器人定位的精准度[4]。

3.1.4 对扩展卡尔曼滤波器及马尔可夫定位算法进行分析

扩展卡尔曼滤波器的方式，在具体应用过程当中，能够在一定程度上确保机器人及位置定位信息具有高度的准确性，在实际的应用过程当中，能够以高斯分布的模式，对整体机器人所具有的朝向以及位置信息进行综合性的描述，在具体移动中，整体机器会出现实时变化的特征，而由此会使机器人所具备的应有姿态、所具有的方差以及实际的向量分布，可以进行同时性的更改，在此过程之内会以卡尔曼滤波的模式予以实现，该方法在具体应用过程当中。会通过扫描识别以及实际的卡尔曼滤波器的位置进行计算扫描识别，在实际开展过程当中能够依照整体机器人的传感器在传输过程当中所具备的卡尔曼滤波读数，由此对当前位置所具有的假想坐标点进行有效的判断，而卡尔曼滤波器的位置计算，在具体应用过程当中，则会按照其外部所具有的测距读数的差异性信息，对以高斯分布进行显示的各类机器人的实际姿态以及各类数据进行有效的计算，由此使其定位的效率大幅度提升，并且在一定程度上也会使得定位的精准程度得到有效提高。

马尔可夫定位算法在应用过程当中，会在相关需要的情况之下，对整体状态空间进行相关的离散化，而由此在进行直接性的离散之后，整体空间单元概率密度来对实际的状态分布进行惩戒，而马尔可夫算法在具体的应用过程当中会在并不具备后效性的情况之下，以概率推理的方式开展实际的定位工作。在具体的应用过程当中能够对机器人的实际状态空间的整体定位、概率分布情况进行有效的计算，并且进行综合性的更新，以此在各个时间之内能够更为详细地对空间之中所存在的各类姿态概率分布情况进行综合性的记录。该方式在具体应用过程当中，能够对定位过程中所存在的各类较为复杂的情况进行表现，并且在实际使用过程当中能够使整体移动机器人在定位中所具有的速度大幅度提升。

3.2 移动机器人的定位技术

3.2.1 视觉导航定位技术

视觉导航定位系统主要是在机器人中安装车载摄像机的方式，目前有很多的机器人都是采用图像传感器，根据周边的环境进行信息的采集，再利用摄像头进行图像的精准采集，保证信息采集得更加精准，然后再将采集的信息反馈到一个总体的系统中。

3.2.2 GPS全球定位系统

按照一定的算法，算出某时某刻机器人之间的坐标，再分析一些动态的定位，消除误差。但是移动机器人的GPS定位精度还特别容易就受到了卫星信号和周边环境的影响，所以，单纯利用GPS定位精准度是比较低的，可靠性也不是很高，很多会利用辅助的磁罗盘进行导航，所以GPS 的定位不适用于对于定位精准度要求高的系统中。

3.2.3 光反射导航定位技术

这种定位的技术主要是利用激光或者是红外传感器来进行测量距离，再利用光电接收的装置进行数据的采集和传输。工作时，激光通过镜面的结构向外进行信息的发射，再扫描合作的路标，光电接收器进行信号的检测，同时，启动数据采集的程序，最后再根据已知的位置和检测到的信息就可以计算出路标的位置和方向，进行进一步导航。这种定位技术的平行性比较好，测量的方向准确度比较高，分辨率也很高，但是也很容易受环境和信号噪声的影响。

3.3 移动机器人定位的应用

3.3.1 在工厂和工业的应用

很多的工厂的车间使用移动机器人，也就是自动导引车。就是将产品从一个生产车间移到另一个生产车间，同时还会检查产品的质量，它们可以更好地连续运输，并且准时进行交货，可以更好地加快工厂的运输速度，保证优质生产。拖车装载就是拿起托盘输送机，将这些车装入另一个拖车内。原料装卸，输送一些原材料，并且将这些原材料输送到一些合适生产线上。成品装卸，将工业产品从生产线上运输到货物的储存间[5]。

3.3.2 救援机器人

这些移动机器人都可以在自然灾害和人为灾害发生时，为人类提供帮助，例如地震、火灾、水灾等。在大多情况下，一些发生灾害的位置是很难到达的，灾害现场通常也是特别危险的，人力的救援往往是不够的，救援人员不仅很难到达一些地方，而且有时还会严重地威胁救援人员的生命安全。所以，一些移动机器人在救援过程中也发挥着十分大的作用。例如：日本是一个经常发生地震灾害的国家，就可以利用移动机器人进行救援，它们可以提供更高清的图像利用传感器检测和搜索一些需要救援的人，并且这些机器人十分灵活和耐用。

3.3.3 助理机器人

（1）Roomba 机器人可以被用来代替导盲犬的功能。这类机器人可以帮助视觉障碍的用户顺利通过一些比较混乱的环境，并且在遇到障碍时，还会帮助视觉障碍的用户修改线路，并进行提醒。这类机器人比较耐用和智能，比导盲犬更加灵活一些，还可以避免导盲犬的浪费和减少培养的周期，可以直接进行利用来帮助那些视觉障碍的用户。（2）购物助理机器人是犹他州立大学发明的。当客人到达商店时，购物助理机器人可以帮助客人进行产品的辨认，还可以更好地帮助客人进行搜索想要的商品，能带领客人到达想要的指定商品的位置，从而帮助客人购买商品。

4 物联网技术与移动机器人定位技术的结合

当前，物联网有很大规模的应用，同时，也为移动机器人的定位和感知方面提供了很多的信息，可以帮助机器人采取更加准确的定位辅助信息，确保信息在实际构建过程当中能够具备一定的准确度，同时确保信息应用具备高度的有效性，并且能够在应用过程当中使后续的各项定位工作更为完整，并且使其在应用中获得更为优质的信息支撑。需要进行更为详细且充分的分析工作，以此确保其机器人在实际定位时，出现的各类卫星信号以及环境导致的限制问题得以解决。将蓝牙、Wi-Fi等诸多系统进行综合性的使用，确保物联网技术以及实际移动机器人技术能够获得综合性的结合，确保计算机应用效果[6]。