SLAM+運(yùn)動(dòng)規(guī)劃=機(jī)器人自主定位導(dǎo)航

（文章來(lái)源：SLAMTEC）

SLAM技術(shù)作為機(jī)器人自主移動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，讓很多人都誤解為：SLAM=機(jī)器人自主定位導(dǎo)航。其實(shí)，SLAM≠機(jī)器人自主定位導(dǎo)航?，不解決行動(dòng)問(wèn)題。SLAM如其名一樣，主要解決的是機(jī)器人的地圖構(gòu)建和即時(shí)定位問(wèn)題，而自主導(dǎo)航需要解決的是智能移動(dòng)機(jī)器人與環(huán)境進(jìn)行自主交互，尤其是點(diǎn)到點(diǎn)自主移動(dòng)的問(wèn)題，這需要更多的技術(shù)支持。

要想解決機(jī)器人智能移動(dòng)這個(gè)問(wèn)題，除了要有SLAM技術(shù)之外，還需要加入路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制。在SLAM技術(shù)幫助機(jī)器人確定自身定位和構(gòu)建地圖之后，進(jìn)行一個(gè)叫做目標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)航的能力。通俗的說(shuō)，就是規(guī)劃一條從A點(diǎn)到B點(diǎn)的路徑出來(lái)，然后讓機(jī)器人移動(dòng)過(guò)去。

運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是一個(gè)很大的概念，從機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)、飛行器的飛行，到掃地機(jī)的清掃，機(jī)器人的移動(dòng)，其實(shí)這些都是屬于運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的范疇。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃主要分為：全局規(guī)劃、局部規(guī)劃。全局規(guī)劃，顧名思義，是最上層的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃邏輯，它按照機(jī)器人預(yù)先記錄的環(huán)境地圖并結(jié)合機(jī)器人當(dāng)前位姿以及任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)的位置，在地圖上找到前往目標(biāo)點(diǎn)最快捷的路徑。

當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)變化或者上層規(guī)劃的路徑不利于機(jī)器人實(shí)際行走的時(shí)候（比如機(jī)器人在行走的過(guò)程中遇到障礙物），局部路徑規(guī)劃將做出微調(diào)。與全局規(guī)劃有所區(qū)別的是，局部規(guī)劃可能并不知道機(jī)器人最終要去哪，但是對(duì)于機(jī)器人怎么繞開(kāi)眼前的障礙物特別在行。

這兩個(gè)層次的規(guī)劃模塊協(xié)同工作，機(jī)器人就可以很好的實(shí)現(xiàn)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的智能移動(dòng)了。不過(guò)實(shí)際工作環(huán)境下，上述配置還不夠。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)規(guī)劃的過(guò)程中還包含靜態(tài)地圖和動(dòng)態(tài)地圖兩種情況。

A*（A-Star)算法是一種靜態(tài)路網(wǎng)中求解最短路徑最有效的直接搜索方法，也是解決許多搜索問(wèn)題的有效算法。算法中的距離估算值與實(shí)際值越接近，最終搜索速度越快。但是，A*算法同樣也可用于動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃當(dāng)中，只是當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，需要重新規(guī)劃路線。

D*算法則是一種動(dòng)態(tài)啟發(fā)式路徑搜索算法，它事先對(duì)環(huán)境位置，讓機(jī)器人在陌生環(huán)境中行動(dòng)自如，在瞬息萬(wàn)變的環(huán)境中游刃有余。D*算法的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要預(yù)先探明地圖，機(jī)器人可以和人一樣，即使在未知環(huán)境中，也可以展開(kāi)行動(dòng)，隨著機(jī)器人不斷探索，路徑也會(huì)時(shí)刻調(diào)整。

上述的幾種算法都是目前絕大部分機(jī)器人所需要的路徑規(guī)劃算法，能夠讓機(jī)器人跟人一樣智能，快速規(guī)劃A到B點(diǎn)的最短路徑，并在遇到障礙物的時(shí)候知道如何處理。但掃地機(jī)器人作為最早出現(xiàn)在消費(fèi)市場(chǎng)的服務(wù)機(jī)器人之一，它需要的路徑規(guī)劃算法更為復(fù)雜。

掃地機(jī)器人所需要的功能跟市面上的機(jī)器人有所不同，比如針對(duì)折返的工字形清掃，如何有效進(jìn)行清掃而不重復(fù)清掃？如何讓掃地機(jī)和人一樣，理解房間、門(mén)、走廊這種概念？

針對(duì)這些問(wèn)題，學(xué)術(shù)界長(zhǎng)久以來(lái)有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的研究課題，叫做空間覆蓋（space coverage），同時(shí)也提出了非常多的算法和理論。其中，比較有名的是Morse Decompositions，掃地機(jī)通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)空間進(jìn)行劃分，隨后進(jìn)行清掃。

所以，他要實(shí)現(xiàn)的不是盡快實(shí)現(xiàn)從A到B的算法，為了家里能盡量掃得干凈，要盡量覆蓋從A到B點(diǎn)的所有區(qū)域，實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人“掃地”的這個(gè)功能。所以，機(jī)器人自主定位導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展還需要越來(lái)越多的技術(shù)加以支撐，適用于更多的場(chǎng)景。雖然技術(shù)和需求在變，但不變的是，在行業(yè)中取長(zhǎng)補(bǔ)短，結(jié)合不同新的技術(shù)進(jìn)行融合，這是不會(huì)改變的事實(shí)。
? ? ?