自主移动定位导航技术（自主定位导航模块）

本文目录一览：

• 1、目前常见的自动驾驶定位导航技术都有哪些？
• 2、实现机器人无人机自主定位需要采用哪些设备呢？
• 3、中国自主研发的导航系统是什么？
• 4、人类自主研发的定位导航系统或设备能为人类带来哪些好处
• 5、北斗系统作为中国自主研发的导航系统，它的功能到底有多强大？
• 6、机器人自主移动没那么简单激光雷达不等于智能导航

目前常见的自动驾驶定位导航技术都有哪些？

目前常用的定位技术包括轨迹推算(DR)、惯性导航技术(INS)、卫星导航定位技术、路标定位技术、地图匹配定位技术(MM)以及视觉定位技术等。

实现机器人无人机自主定位需要采用哪些设备呢？

自主定位导航是机器人实现智能化的前提之一，是赋予机器人感知和行动能力的关键因素。如果说机器人不会自主定位导航，不能对周围环境进行分析、判断和选择，规划路径，那么，这个机器人离智能还有一大截的差距。那么，在现有SLAM技术中，机器人常用的定位导航技术有哪些呢？

视觉定位导航

视觉定位导航主要借助视觉传感器完成，机器人借助单目、双目摄像头、深度摄像机、视频信号数字化设备或基于DSP的快速信号处理器等其他外部设备获取图像，然后对周围的环境进行光学处理，将采集到的图像信息进行压缩，反馈到由神经网络和统计学方法构成的学习子系统，然后由子系统将采集到的图像信息与机器人的实际位置联系起来，完成定位。

优点：

· 应用领域广泛，主要应用于无人机、手术器械、交通运输、农业生产等领域；

缺点：

· 图像处理量巨大，一般计算机无法完成运算，实时性较差；

· 受光线条件限制较大，无法在黑暗环境中工作；

超声波定位导航

超声波定位导航的工作原理是由超声波传感器发射探头发射出超声波,超声波在介质中遇到障碍物而返回接收装置。通过接收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收时间差及传播速度，计算出传播距离S，就能得到障碍物到机器人的距离，即有公式：S=Tv/2 式中，T—超声波发射和接收的时间差；v—超声波在介质中传播的波速。

优点：

· 成本低廉；

· 可以识别红外传感器识别不了的物体，比如玻璃、镜子、黑体等障碍物；

缺点：

· 容易受天气、周围环境（镜面反射或者有限的波束角)等以及障碍物阴影，表 面粗糙等外界环境的影响；

· 由于超声波在空气中的传播距离比较短，所以适用范围较小，测距距离较短。

· 采集速度慢，导航精度差；

红外线定位导航

红外线定位导航的原理是红外线IR标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。

优点：

· 远距离测量，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；

· 有同步输入端，可多个传感器同步测量；

· 测量范围广，响应时间短；

缺点：

· 检测的最小距离太大；

· 红外线测距仪受环境的干扰较大，对于近似黑体、透明的物体无法检测距离，只适合短距离传播；

· 有其他遮挡物的时候无法正常工作，需要每个房间、走廊安装接收天线，铺设导轨，造价比较高；

iBeacon定位导航

iBeacon是一项低耗能蓝牙技术，工作原理类似之前的蓝牙技术，由Beacon发射信号，蓝牙设备定位接受，反馈信号。当用户进入、退出或者在区域内徘徊时，Beacon的广播有能力进行传播，可计算用户和Beacon的距离（可通过RSSI计算）。通过三个iBeacon设备，即可对其进行定位。

优点：

· 定位精度比传统的GPS高，可从一米到几十米；

· 功耗小、时延低、成本低、传输距离远；

缺点：

· 受环境干扰大，信号射频不太稳定；

· 安装、开发和维护方面均存在需要克服的难点，使用时保证设备信号不被遮挡；

灯塔定位导航

灯塔定位导航技术在扫地机器人领域使用的比较多。导航盒发射出三个不同角度的信号，能够模拟GPS卫星三点定位技术，让其精准定位起始位置和目前自身所在坐标，导航盒如同灯塔，其作用为发射信号，引导机器人进行移动和工作。

优点：

· 引擎稳定性高，路径规划可自动设置

缺点：

· 灯塔定位没有地图，容易丢失导航；

· 需要充电桩或者其他辅助装备；

· 精度不高；

激光定位导航

激光定位导航的原理和超声、红外线的原理类似，主要是发射出一个激光信号，根据收到从物体反射回来的信号的时间差来计算这段距离，然后根据发射激光的角度来确定物体和发射器的角度，从而得出物体与发射器的相对位置。

优点：

· 是目前最稳定、最可靠、最高性能的定位导航方法；

· 连续使用寿命长，后期改造成本低；

缺点：

·工业领域的激光雷达成本比较昂贵；

在激光测距中，激光雷达凭借良好的指向性和高度聚焦性，使得激光雷达+SLAM技术相结合的激光SLAM成为主流定位导航方式。SLAMTEC—思岚科技的自主定位导航技术采用的就是激光+SLAM技术。

RPLIDAR A2采用三角测距原理，配合自主研发的SLAMWARE核心算法，让机器人实现自主定位导航与路径规划。主要应用于服务机器人导航与定位、需要长时间连续工作的服务机器人、工业领域、环境扫描与3D重建等领域。

RPLIDAR T1采用的是时间飞行法（TOF）中的脉冲测距法，以满足高速度和远距离的测距要求。主要应用在工业AGV、服务机器人或轻量级无人驾驶产品中。

SLAM简介

SLAM（及时定位与地图构建）技术是机器人在自身位置不确定的条件下，在完全未知环境中创建地图，同时利用地图进行自主定位和导航。并且，在实时定位中由于通过机器人运动估计得到的位置信息通常具有较大的误差，一般需要使用测距单元探测的周围环境信息来更正位置。

由于应用场景的不同，SLAM技术分为VSLAM、Wifi-SLAM和Lidar SLAM。Lidar SLAM是目前实现机器人同步定位于地图构建最稳定、可靠和高性能的SLAM方式。

中国自主研发的导航系统是什么？

中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system）之后第四个成熟的卫星导航系统。

北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

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人类自主研发的定位导航系统或设备能为人类带来哪些好处

北斗卫星导航系统建设目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的导航系统。 北斗卫星导航系统示意图 北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。 目前全世界有4套卫星导航系统:中国北斗、美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”、欧洲“伽利略”。其中美国GPS、俄罗斯“格洛纳斯”已建成投入使用。中国北斗，欧洲“伽利略”仍处于建设阶段。 卫星导航系统是重要的空间基础设施，为人类带来了巨大的社会经济效益。中国作为发展中国家，拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航定位系统。 2000年以来，中国已成功发射了8颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统(第一代系统)。这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。 我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务(属于第二代系统)。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。 我国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射八颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力;2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 应用优势: 同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持; 覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区; 特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用; 独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪?”和“你在哪?”; 自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。 劣势: 1、北斗系统属于有源定位系统，系统容量有限，定位终端比较复杂。 2、北斗系统属于区域定位系统，目前只能为中国以及周边地区提供定位服务。 “北斗”卫星导航定位系统基本上是以满足商用服务为主，虽然目前军事用途仍有限，不过其仍具有雄厚的军事应用潜力，这也是大陆未来发展重点。理由很简单，虽然大陆卫星导航定位应用近年来发展迅速，但是绝大多数的军民应用范畴都是建立在美国GPS之上。一旦发生战争，美国关闭GPS或加大民用码误差，对大陆而言，后果不堪设想，所以大陆必须未雨绸缪，发展自主的卫星导航定位系统。 其实“北斗”卫星导航定位系统的军事功能与GPS类似，如:飞机、导弹、水面舰艇和潜艇的定位导航;弹道导弹机动发射车、自行火炮与多管火箭发射车等武器载具发射位置的快速定位，以缩短反应时间;人员搜救、水上排雷定位等。不过，因运作方式不同，“北斗”卫星导航定位系统有一些GPS没有的军事功能，其中最重要的就是部队的指挥管制。 由于“北斗”卫星导航定位系统的简短通信功能可进行“群呼”，如集团用户中心发出的各种指令经“北斗”指挥型用户机上传至“北斗”卫星接着转给地面控制中心，再经出站链路传至“北斗”卫星向目标用户转发，使得集团用户中心可对其下属用户进行指挥调度。另外，当用户提出申请或按预定间隔时间进行定位时，不仅用户知道门己的测定位置，而月-共调度指挥的上层单位或其他有关单位也可得知用户所在位置。 这项功能用在军事上，意味着可主动进行各级部队的定位，也就是说大陆各级部队一旦配备“北斗”卫星导航定位系统，除了可供自身定位导航外，高层指挥部也可随时通过“北斗”系统掌握部队位置，并传递相关命令，对任务的执行有相当大的助益。换言之，大陆可利用“北斗”卫星导航定位系统执行部队指挥与管制及战场管理。 北斗导航定位系统服务区域为中国及周边国家和地区，它可以在服务区域内任何时间、任何地点，为用户确定其所在的地理经纬度信息，并提供双向短报文通信和精密授时服务。北斗系统可广泛应用于船舶运输、公路交通、铁路运输、海上作业、渔业生产、水文测报、森林防火、环境监测等众多行业，以及军队、公安、海关等其他有特殊指挥调度要求的单位。 北斗导航定位系统对美国GPS构成了挑战。 5月19日，中国首届卫星导航学术年会在北京召开。在会议上，北斗卫星导航系统总设计师孙家栋院士宣布，中国的北斗卫星导航系统将在2020年左右建成覆盖全球的卫星导航系统。 在年会现场，北斗卫星导航系统工程副总设计师谭述森研究员告诉记者，目前，世界上已经建成和正在建设的共有4大卫星导航系统，分别为美国的GPS卫星导航系统、俄罗斯的Glonass卫星导航系统、欧盟的伽利略卫星导航系统和中国的北斗卫星导航系统。除了GPS系统已经建成外，其他几个系统仍然处于建设阶段，而未来10年是各系统建设的关键时期。“也就是说，在2020年左右，我们的生活中将出现4大卫星导航系统并存的情况，共有100多颗卫星在空中为全球的民众提供卫星导航服务。”这种局面的出现，对于全人类来说是巨大的福祉，我们的生活将变得更加便利。但是，卫星导航系统领域的竞争也会异常激烈，“技术和性能领先的系统将成为主导，而技术性能落后的系统将被逐渐边缘化。” 谭述森研究员表示，与现在在世界上被广为接受的美国GPS卫星导航系统相比，北斗在未来的设计应用上主要存在3大难点。第一，如果要保持卫星导航的高精度，卫星上必须配有高稳定性、高精度的原子钟，“在原子钟的技术精度和稳定性上，我们和美国还有差距，需要花大力气进行自主研发。”第二，作为当今世界唯一的超级大国，美国拥有雄厚的经济实力，并掌握着其他国家难以企及的战略资源。这些都可以保证美国实现在全球范围内布控卫星监控网络。而中国则只能在本国区域内布网，这对于卫星上天后的测控和维护是一大难点。第三，GPS在问世的近30年时间里积累了大量的空间实验数据，而其中最重要的太阳光压变化对于卫星所产生影响的数据，已经建立起数据模型，精度很高。“而中国的北斗系统还处于起步阶段，还需要在摸索中前进。” 孙家栋向记者表示，与其他系统相比，北斗卫星导航系统最大的创新在于其把导航与通信紧密地结合起来。“也就是说，既能知道‘我在哪里’，也能知道‘你在哪里’。”以海洋渔业为例，“我在哪里”使渔民通过船载设备实现自主定位;“你在哪里”则使岸上的人通过监控知道渔船在哪里。 孙家栋告诉记者，现在，GPS在我国的占有率达到了95%左右，而北斗卫星导航系统的主要用户还是一些相关的国家机关和大型企业。在未来，随着北斗系统的发展，其用户的范围也将越来越广，将拓展到国家的电力、金融、通讯等各个领域，与普通百姓的生活将密切相关。而10年后，北斗卫星导航系统将是一个由30余颗卫星、地面段和各类用户终端构成的大型航天系统，其建设应用将实现我国航天从单星研制向组批生产、从保单星向保组网成功、从以卫星为核心向以系统为核心、从面向行业用户向面向大众用户的历史性转型。

北斗系统作为中国自主研发的导航系统，它的功能到底有多强大？

北斗导航定位系统中国人的骄傲，它是全球四大导航定位系统之一。国外的其它三大导航定位系统分别是美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略，它们各自有自己的特色。北斗系统有自己独有的三大特点：

一是北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他三大卫星导航系统相比高轨道卫星更多，抗遮避能力更强，尤其是在低纬度地区性能更加突出。二是北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多个频段的信号组合使用方式等提高服务精度。三是北斗系统经过创新具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能 。

美国俄罗斯欧盟的导航系统在技术上拥有趋同性，北斗系统的特色正是它们缺少的。目前四大系统都有互相兼容的计划，这样在民用领域将更大的方便普通用户的使用。欧盟的伽利略与俄罗斯的格洛纳斯目前的适用性都比较差，未来的民用市场主力还是要看中国的北斗以及美国的GPS。短报文通信这一北斗独有的功能可以是大家免去很多尴尬，传统的GPS导航可以定位自己的位置，但是无法告诉别人自己在哪里。

平常大家觉得没啥用可是一旦到了没有通信信号的地方，北斗的短报文通信功能就是大家的救命稻草，通过它可以描述自己的具体位置这对救援可是起到关键性的作用。北斗最重要的还是军用的导航功能它可以为精确制导武器提供全程的制导使其精确命中目标，有了北斗再也不用依赖国外的导航系统，也把武器使用的主导权牢牢地掌握在了自己的手中，这可是一个大国的标配。

机器人自主移动没那么简单激光雷达不等于智能导航

机器人家上了解到对于移动机器人来说，激光雷达相当于它的“眼睛”，它通过不停扫描来获取二维空间的点阵数据，但这并不能直接被移动机器人使用。

目前，应用于自主移动机器人的导航技术有很多，但受室内环境，尤其是家庭环境的限制,很多导航方法在室内移动机器人上很难或根本无法应用，如电磁导航（需在地上布置感应线圈）、GPS导航（室内精度太低）等。另外，一些导航方法由于精度或实时性等原因,也很难应用在商业化的室内移动机器人中,比如基于RFID的导航系统精度较低，而视觉导航虽然具有信号探测范围广,获取信息完整等优点，但需处理的实时图像数据量巨大，实时性较差。

近年来，SLAM (Simultaneous Localization And Mapping)技术从理论研究到实际应用，发展十分迅速，这种在确定自身位置的同时构造环境模型的方法，可用来解决机器人定位导航问题。其中，激光SLAM技术利用激光雷达作为传感器，获取地图数据，使机器人实现同步定位与地图构建，这是目前最稳定、最可靠、高性能的SLAM方式。

扫地机器人

就拿现在卖的最好的扫地机器人来说，过去，由于激光雷达价格过于昂贵，多数扫地机器人厂家只能放弃激光SLAM技术，被迫选择随机碰撞寻路系统，就是边撞边找路，这也就是为什么用户普遍反应扫地机器人智能程度不够，过了新鲜劲就只能放在角落吃灰。

现在，低成本激光雷达面市也有一段时间，但是市面上真的能做到路径规划的扫地机器人却寥寥无几。一是安装了激光雷达后，虽然可以得到环境的轮廓信息，但需要利用算法进行后期处理，建模后才能得到真正的地图数据；二是他们普遍擅长研究新的吸尘模式或擦地模式，对于环境建模算法的开发能力不够，无法自己完成；三是扫地机器人不同于其他服务机器人，需要独特的贴边清扫、折回清扫、多房间自主导航等功能，目前已有的开源ROS系统，只能实现简单的建图且难以集成，无法满足扫地机器人的实际需要。厂家们普遍表示急需一款可以快速集成的芯片，不需要二次开发，直接安装在已有扫地机器人上，就可以完成路径规划、全面覆盖清扫等功能。

送餐机器人

最近一段时间，机器人餐厅这样的概念已经不是什么新鲜事了，开业的时候吸引眼球，大批人围观，过段时间就会发现“机器人只能沿着固定线路送餐，加上餐厅人员走动大，机器人不懂得躲闪，上菜容易洒落打翻，甚至造成安全事故”，机器人服务员最终被老板“炒了鱿鱼”。

送餐机器人厂家也进行了更新优化，除了现有的电磁导航外，还在机器人身上安装了激光雷达，希望可以改善用户体验。事实上，安装激光雷达后，所能实现的功能非常有限，比如它可以在行走途中感应前方障碍物，并自动停止行走。

激光雷达作为SLAM的核心传感器，其重要性不言而喻。但是，移动机器人要实现完全自主移动，必然不能单单依靠激光雷达本身，其背后的高精度地图、核心算法才是更重要的影响因素，也是更值得我们关注的领域。

望采纳，谢谢