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，可以分解為兩個主要的動作：走到某個位置；將其打掃干凈。與之相應(yīng)的，作為人類掃地勞動的替代者——掃地機器人也包含兩個主要的系統(tǒng)：自主導(dǎo)航系統(tǒng)和清掃系統(tǒng)。

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

　　機器人導(dǎo)航的三個經(jīng)典問題

　　說到機器人的自主導(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提出的三個問題：

　　(1)Where am I？

　　(2)Where I am going？

　　(3)How should I go there？

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

　　定位是包括掃地機器人在內(nèi)的移動機器人自主導(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），實時性好，GPS、基站定位等方法無法滿足。掃地機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，也是掃地機器人目前最為廣泛使用的一種定位方法。它利用機器人裝備的各種傳感器獲取機器人的運動動態(tài)信息，通過遞推累計公式獲得機器人相對初試狀態(tài)的估計位置。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）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)，進而獲得機器人相對于上一采樣時刻位置和姿態(tài)的改變量，通過這些位移量的累積就可以估計機器人的位置。碼盤法優(yōu)點是方法簡單、價格低廉，但其容易受標定誤差、車輪打滑、顛簸等因素影響，誤差較大。但是由于碼盤價格便宜，簡單易用，可用于機器人較短時間距離內(nèi)的位置估計。

　　慣性傳感器使用陀螺儀和加速度計得到機器人的角加速度和線加速度信息，通過積分獲得機器人的位置信息。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，它們都存在一個共同的缺點：有累積誤差，隨著行駛時間、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間、長距離的精確定位。