Robot navigation in
dynamic environments
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來源：SLAMTEC
在機器人領域所要研究的問題非常多，會涉及到電腦、感測器、人機交互、仿生學等多個學科，其中環境感知、自主定位和運動控制是機器人技術的三大重點問題，以下將針對這三點進行詳細探討。
環境感知
目前，在機器人室內環境中，以雷射雷達為主，並借助其他感測器的行動機器人，自主環境感知技術已相對成熟，而在室外應用中，由於環境的多變性，及光照變化等影響，環境感知的任務，相對複雜的多，對即時性要求更高，使得多感測器融合成為，機器人環境感知面臨的重大技術任務。
利用單一感測器進行環境感知，大多都有其難以克服的弱點，但將多感測器有效融合，透過對不同感測器的資訊冗餘、互補，幾乎能使機器人覆蓋所有的空間檢測，全方位提升機器人的感知能力，因此利用雷射雷達感測器，結合超音波、深度攝影機、防跌落等感測器獲取距離資訊，來實現機器人對周圍環境的感知，成為各國學者研究的熱點。
使用多感測器，構成環境感知技術，可帶來多源資訊的同步、匹配和通信等問題，需要研究解決多感測器跨模態、跨尺度資訊配準，和融合的方法及技術。
但在實際應用中，並不是所使用的感測器種類越多越好。針對不同環境中機器人的具體應用，需要考慮各感測器數據的有效性、計算的即時性。
自主定位
行動機器人要實現自主行走，定位也是其需要掌握的核心技術之一，目前 GPS 在全局定位上，已能提供較高精度，但 GPS 具有一定的侷限性，在室內環境下會出現 GPS 信號弱等情況，容易導致位置的丟失。
近年來，SLAM 技術發展迅速，提高了行動機器人的定位，及地圖創建能力，SLAM 是同步定位與地圖建構 (Simultaneous Localization And Mapping) 的縮寫，最早是由 Hugh Durrant-Whyte 和 John J.Leonard ，在 1988 年提出的。
SLAM 與其說是一個算法，不如說它是一個概念，更為貼切，它被定義為解決「機器人從未知環境的未知地點出發，在運動過程中，透過重複觀測到的地圖特徵（比如，牆角，柱子等）定位自身位置和姿態，再根據自身位置增量式的建構地圖，從而達到同時定位和地圖建構的目的」的問題方法的統稱。
路徑規劃
路徑規劃技術，也是機器人研究領域的一個重要分支。最優路徑規劃就是依據，某個或某些優化準則（如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短等），在機器人工作空間中，找到一條，從起始狀態到目標狀態、可以避開障礙物的最優路徑。
根據對環境資訊的掌握程度不同，機器人路徑規劃，可分為全局路徑規劃，和局部路徑規劃。
全局路徑規劃是在已知的環境中，給機器人規劃一條路徑，路徑規劃的精度，取決於環境獲取的準確度，全局路徑規劃可以找到最優解，但是需要預先知道環境的準確資訊，當環境發生變化，如出現未知障礙物時，該方法就無能為力了。
它是一種事前規劃，因此對機器人系統的即時計算能力，要求不高，雖然規劃結果是全局的、較優的，但是對環境模型的錯誤，及噪聲穩健性差。
而局部路徑規劃，則環境資訊完全未知，或有部分可知，側重於考慮機器人當前的局部環境資訊，讓機器人具有良好的避障能力，透過感測器對機器人的工作環境進行探測，以獲取障礙物的位置，和幾何性質等資訊。
這種規劃需要蒐集環境數據，並且對該環境模型的動態更新，能夠隨時進行校正，局部規劃方法將對環境的建模，與搜索融為一體，要求機器人系統，具有高速的資訊處理能力和計算能力，對環境誤差和噪聲，有較高的加強性，能對規劃結果進行即時反饋和校正。
但是由於缺乏全局環境資訊，所以規劃結果，有可能不是最優的，甚至可能找不到正確路徑或完整路徑。
全局路徑規劃和局部路徑規劃，並沒有本質上的區別，很多適用於全局路徑規劃的方法，經過改進，也可以用於局部路徑規劃；而適用於局部路徑規劃的方法，同樣經過改進後，也可適用於全局路徑規劃。兩者協同工作，機器人可更好的規劃，從起始點到終點的行走路徑。
為解決機器人自主行走難題，針對環境感知、自主定位及路徑規劃等技術，進行研究的企業不在少數，對岸思嵐科技作為機器人定位導航技術，是他們中國之首，在實現機器人自主行走中，已有較為成熟的產品，例如可幫助企業降低研發成本的 Apollo，Apollo 機器人底盤搭載了雷射測距感測器、超音波感測器、防跌落等感測器。
並在底盤之上，配置深度攝影機感測器。同時配合自主研發的 SLAMWARE 自主導航定位系統，讓機器人實現自主建圖定位及導航功能。
當Apollo處於未知環境中，無需對環境進行修改，利用 Sharp Edge TM 精細化構圖技術，建構高精度、釐米級別地圖，具備超高解析度，不存在誤差累加。同時利用 D* 動態即時路徑規劃算法，尋找路徑並移動到指定地點，無需二次優化修飾，可直接滿足人們的使用預期。
除此之外，基於純軟體件方式，無需額外進行輔助鋪設，可對 Apollo 進行預定路線設置，或透過設置虛擬牆及虛擬軌道，阻止 Apollo 進入某個工作禁區。
在工作過程中當 Apollo 出現電量過低的情況時，可支持可外部調度的，預約式充電自主導航定位，自動返回充電塢充電。
另外，Apollo 的擴展接口還整合了網口，供電接口和各種控制接口，以便用戶快速進行開發擴展。Apollo 可透過有線網路，或 WiFi 與外部通信，其本身自帶的電池，可為自身與外接的擴展模組供電，使用者可透過各種控制接口，對整個 Apollo 及其上層擴展模組進行控制。
總之，近年來各國政府，都非常重視機器人技術的發展，並投入了大量的資源激發機器人企業，不斷創新、開拓進取，相信未來，機器人也將成為人們日常生活中的重要一員，引領人們走向更便捷的時代！
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