基于信息融合的机器人导航方法的分析与研究
李敏
【摘 要】現代社会科技发展迅猛，给社会生活带来更多的便捷。在现代社会的高科技产品当中，机器人导航技术属于相对先进的技术之一，而机器人导航技术又分为多种，例如信息融合导航技术。论文针对信息融合机器人导航技术进行阐述，分析该项技术的原理。
【Abstract】With the rapid development of science and technology in modern society， more convenience has been brought to social life. Among the high-tech products in modern society， robot navigation technology is one of the relatively advanced technologies. The robot navigation technology is divided into a variety of types， such as information fusion navigation technology. This paper expounds the robot navigation technology based on the information integration， and analyzes the principle of the technology.
【关键词】信息融合；机器人；导航
【Keywords】intelligence integration；robot；navigation
【中图分类号】TP242.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0189-02
1 引言
信息融合机器人导航技术，是作用于机器人运行的路线引导，属于任务命令技术，通过对周边环境的信息规划出机器人行动的整体路径，并使机器人在行动中，能够对周边的环境进行感知，进而在系统的处理下自动做出合理的调整，最终达到行动的目的。由此可见，机器人通过信息融合导航技术的行动，需要保证自动化、安全性、便捷性等特点，而实现该项技术特点，主要依靠传感器与系统的处理。
2 信息融合机器人导航技术概述
信息融合机器人导航技术的运行，首先需要对机器人运行的行动路线进行整体的规划，之后通过传感器的收集数据功能[1]。在机器人行动当中，不断的对周边环境进行实时收集，并传输至机器人分析系统，通过分析系统的分析决策，使机器人对于周边实际因素做出回避、移动、停止、调整等举动。
而基于该项技术的复杂性与周边环境的多样性，机器人的数据收集功能，不能通过单一数量与种类的传感器来执行，需要通过多种能够识别动态因素的传感器实现，例如视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器、雷达传感器等等。此外，在多种传感器的运作下，所收集到的信息之间是互补的关系，但同时也会有信息多余，对于机器人的行为而言，多余的信息对机器人判断市场有十分不利的影响，因此需要通过其他技术将信息融合消化，以此才能保证机器人的行为决策达到精确的程度。
3 机器人信息融合技术的原理
机器人信息融合技术，其定义为通过计算机的处理，将实时的信息按照顺序在系统的规则之下进行自动化的分析、整合，最终得出符合指令目的的最佳决策[2]。由此可见，机器人信息融合技术的特征在于，信息融合技术的运行是从多层面角度上，按照顺序对信息处理、信息融合技术包括了观测、互通、分析、整合等功能。
机器人信息融合技术的分析功能，其运转的基础在于计算机算式，通过算式将多个信息整合、计算，最终出来的就是精确的指令。在算式的基础之上，就需要具备一个精确的数据进行保证，因此机器人信息融合技术分析功能当中，还应当包含对初始化信息的核对、校准等功能，使算式的基础数据精细化。
4 信息融合机器人导航技术系统组成
4.1 传感器信息采集系统
传感器信息采集系统，即为多种类、多数量的传感器组合[3]。该模块的作用是连接外部信息和内部处理系统，是整个系统运作流程中最先导的流程，机器人的任何行为都与传感器密不可分。在传感器对外部信息采集完毕后，会将信息整合传输至后置系统当中，因此传感器信息采集系统的功能还包括了信息整合与传输的功能。
4.2 自定义系统
机器人在进行任务时，因为外部环境的变化，需要实时、及时的调整自身的位置与姿势，此行为的支撑系统就是自定义系统。机器人的运作如果只单靠传感器进行，那么难免会造成误差，所以就需要自定义系统与传感器进行组合，以此优化机器人的运作。自定义系统的形成，主要依赖于扩展卡尔曼滤波器、多样化传感器组合、光电编码器的信息收集处理，之后自定义系统对收集而来的信息，进行分析排除信息当中的误差，最终校准机器人的行为。
4.3 转换系统
因为机器人在运作中，需要根据整体的规划路线进行移动，而移动当中难免遇上障碍物，需要做出针对性的躲避动作，这个过程的实现也依赖于转换系统，转换系统就是通过传感器与其他融合系统传递来的信息，识别周边是否存在阻碍行动的障碍，如出现障碍物则通过自定义系统分析出来的姿势与角度，促使机器人从正常的规划路线移动上转换为躲避移动。
4.4 移动系统
此系统主要针对机器人移动的动能速率与控制，机器人的动能最基本的支撑是直流电机，而移动系统正是通过对直流电机的控制，根据其他模块给出的指令，对电机转速等做出合理的控制，最终实现机器人的直行、加速、减速等等动作。基于机器人行动的灵活性，除了最简单的动作以外，还需要对机器人的其他行为进行控制，例如左后后前转弯、原地转弯等等。这类行为的实现，主要也是通过对直流电机的控制来实现。通常情况下，机器人有三个移动轮，以三角形为分布形状，其中前端单个移动轮为支撑轮，而后端两个移动轮为方向、驱动轮，通过对直流电机的控制，后端移动轮速度相同则直行、速度不同则左右转弯、数据相同但方向对立则原地转弯。
5 机器人导航技术各层面信息融合
5.1 数据层面信息融合
信息融合机器人导航技术当中，数据层面的信息融合是至关重要的环节，也是首当其冲的环节。其作用在于将传感器收集到的原始信息进行整合，使数据之间产生联系，而后将数据传输至融合系统当中，以此实现数据对象的处理。
而数据层面信息融合功能的优点在于，能够最大限度保持多种传感器收集的数据，对数据的完整性有较大的保障效果，但相对的缺点在于，因为数据较大且复杂，该项功能的运作速率较低、代价较高，致使其难以保持实时性。此外，因为数据的融合功能属于基层功能，对于传感器的初始化数据处理时，需要保障对于数据当中的不确定性有良好的分析功能，所以在传感器与数据层面的融合的角度上，要求传感器的像素达到一定的精确度，以此从采集的工程当中，保障数据的准确。
5.2 特征层面信息融合
特征层面信息融合功能，在整体的信息融合系统当中，属于中层次功能，作用在于将传感器传输来的数据特征提取分析，之后通过数据之间的关联与整合进行处理，最终将数据送入融合中心进行最后的分析，进而形成信息的判断。该项数据的优点在于，在保障大量初始化数据的完整性的同时，还能实现数据的压缩，而且因为数据的特征，将会直接影响最终的判断，所以该项功能给出的特征，将在很大程度上直接引导决策的走向。对特征层面信息融合功能进行分析，可以将其功能分为两类，目标状态数据融合与目标特质融合。目标状态融合功能，主要用于传感器跟踪方面，作用是为了使数据精确度提高。而目标特质融合属于识别技术，主要在传感器对外部信息进行观测时，识别观测信息的特质，确认当前观测目标。
5.3 决策层面信息融合
决策层面信息融合在整个导航信息融合系统当中，属于最终的融合阶段，此阶段得出的结果，是直接控制机器人行为的因素。决策层面信息融合的运作，是结合数据层面与特征层面反馈来的数据进行判断，其优点在于数据的通信规模较小，并以此可以保持实时性，对于不同步的信息同样具备优秀的处理功能，而且其容錯率也十分良好，即使在传感器小部分损坏的前提下，依旧可以保持正常的运作。而该校融合技术的缺点在于，容易损失初始化的数据，对于观测目标的变化特征难以收集，作为最终层面的融合技术，难以收集的缺点使其大量的特征数据库发挥困难。
6 结语
现代社会科技发展十分发达，对于智能化的研究愈发深入。现代出现了智能自动移动机器人，目的是为代替部分人工作业，而智能自动移动机器人的行为，是依赖于信息融合机器人导航技术。信息融合机器人导航技术，是通过各项功能系统组合而成的技术，可以将机器人所处的外部环境进行信息化采集，再通过内部的分析功能，使机器人做出移动、绕弯、躲避的动作，以此保障机器人在运行当中的灵活性。
【参考文献】
【1】朱凤春. 移动机器人导航与环境建模问题研究[D].青岛：山东科技大学，2007.
【2】张捍东，郑睿，岑豫皖.移动机器人路径规划技术的现状与展望[J]. 系统仿真学报，2005（02）：439-443.
【3】杨毅.智能移动机器人的研究与开发[D].天津：河北工业大学，2004.
【摘 要】現代社会科技发展迅猛，给社会生活带来更多的便捷。在现代社会的高科技产品当中，机器人导航技术属于相对先进的技术之一，而机器人导航技术又分为多种，例如信息融合导航技术。论文针对信息融合机器人导航技术进行阐述，分析该项技术的原理。
【Abstract】With the rapid development of science and technology in modern society， more convenience has been brought to social life. Among the high-tech products in modern society， robot navigation technology is one of the relatively advanced technologies. The robot navigation technology is divided into a variety of types， such as information fusion navigation technology. This paper expounds the robot navigation technology based on the information integration， and analyzes the principle of the technology.
【关键词】信息融合；机器人；导航
【Keywords】intelligence integration；robot；navigation
【中图分类号】TP242.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0189-02
1 引言
信息融合机器人导航技术，是作用于机器人运行的路线引导，属于任务命令技术，通过对周边环境的信息规划出机器人行动的整体路径，并使机器人在行动中，能够对周边的环境进行感知，进而在系统的处理下自动做出合理的调整，最终达到行动的目的。由此可见，机器人通过信息融合导航技术的行动，需要保证自动化、安全性、便捷性等特点，而实现该项技术特点，主要依靠传感器与系统的处理。
2 信息融合机器人导航技术概述
信息融合机器人导航技术的运行，首先需要对机器人运行的行动路线进行整体的规划，之后通过传感器的收集数据功能[1]。在机器人行动当中，不断的对周边环境进行实时收集，并传输至机器人分析系统，通过分析系统的分析决策，使机器人对于周边实际因素做出回避、移动、停止、调整等举动。
而基于该项技术的复杂性与周边环境的多样性，机器人的数据收集功能，不能通过单一数量与种类的传感器来执行，需要通过多种能够识别动态因素的传感器实现，例如视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器、雷达传感器等等。此外，在多种传感器的运作下，所收集到的信息之间是互补的关系，但同时也会有信息多余，对于机器人的行为而言，多余的信息对机器人判断市场有十分不利的影响，因此需要通过其他技术将信息融合消化，以此才能保证机器人的行为决策达到精确的程度。
3 机器人信息融合技术的原理
机器人信息融合技术，其定义为通过计算机的处理，将实时的信息按照顺序在系统的规则之下进行自动化的分析、整合，最终得出符合指令目的的最佳决策[2]。由此可见，机器人信息融合技术的特征在于，信息融合技术的运行是从多层面角度上，按照顺序对信息处理、信息融合技术包括了观测、互通、分析、整合等功能。
机器人信息融合技术的分析功能，其运转的基础在于计算机算式，通过算式将多个信息整合、计算，最终出来的就是精确的指令。在算式的基础之上，就需要具备一个精确的数据进行保证，因此机器人信息融合技术分析功能当中，还应当包含对初始化信息的核对、校准等功能，使算式的基础数据精细化。
4 信息融合机器人导航技术系统组成
4.1 传感器信息采集系统
传感器信息采集系统，即为多种类、多数量的传感器组合[3]。该模块的作用是连接外部信息和内部处理系统，是整个系统运作流程中最先导的流程，机器人的任何行为都与传感器密不可分。在传感器对外部信息采集完毕后，会将信息整合传输至后置系统当中，因此传感器信息采集系统的功能还包括了信息整合与传输的功能。
4.2 自定义系统
机器人在进行任务时，因为外部环境的变化，需要实时、及时的调整自身的位置与姿势，此行为的支撑系统就是自定义系统。机器人的运作如果只单靠传感器进行，那么难免会造成误差，所以就需要自定义系统与传感器进行组合，以此优化机器人的运作。自定义系统的形成，主要依赖于扩展卡尔曼滤波器、多样化传感器组合、光电编码器的信息收集处理，之后自定义系统对收集而来的信息，进行分析排除信息当中的误差，最终校准机器人的行为。
4.3 转换系统
因为机器人在运作中，需要根据整体的规划路线进行移动，而移动当中难免遇上障碍物，需要做出针对性的躲避动作，这个过程的实现也依赖于转换系统，转换系统就是通过传感器与其他融合系统传递来的信息，识别周边是否存在阻碍行动的障碍，如出现障碍物则通过自定义系统分析出来的姿势与角度，促使机器人从正常的规划路线移动上转换为躲避移动。
4.4 移动系统
此系统主要针对机器人移动的动能速率与控制，机器人的动能最基本的支撑是直流电机，而移动系统正是通过对直流电机的控制，根据其他模块给出的指令，对电机转速等做出合理的控制，最终实现机器人的直行、加速、减速等等动作。基于机器人行动的灵活性，除了最简单的动作以外，还需要对机器人的其他行为进行控制，例如左后后前转弯、原地转弯等等。这类行为的实现，主要也是通过对直流电机的控制来实现。通常情况下，机器人有三个移动轮，以三角形为分布形状，其中前端单个移动轮为支撑轮，而后端两个移动轮为方向、驱动轮，通过对直流电机的控制，后端移动轮速度相同则直行、速度不同则左右转弯、数据相同但方向对立则原地转弯。
5 机器人导航技术各层面信息融合
5.1 数据层面信息融合
信息融合机器人导航技术当中，数据层面的信息融合是至关重要的环节，也是首当其冲的环节。其作用在于将传感器收集到的原始信息进行整合，使数据之间产生联系，而后将数据传输至融合系统当中，以此实现数据对象的处理。
而数据层面信息融合功能的优点在于，能够最大限度保持多种传感器收集的数据，对数据的完整性有较大的保障效果，但相对的缺点在于，因为数据较大且复杂，该项功能的运作速率较低、代价较高，致使其难以保持实时性。此外，因为数据的融合功能属于基层功能，对于传感器的初始化数据处理时，需要保障对于数据当中的不确定性有良好的分析功能，所以在传感器与数据层面的融合的角度上，要求传感器的像素达到一定的精确度，以此从采集的工程当中，保障数据的准确。
5.2 特征层面信息融合
特征层面信息融合功能，在整体的信息融合系统当中，属于中层次功能，作用在于将传感器传输来的数据特征提取分析，之后通过数据之间的关联与整合进行处理，最终将数据送入融合中心进行最后的分析，进而形成信息的判断。该项数据的优点在于，在保障大量初始化数据的完整性的同时，还能实现数据的压缩，而且因为数据的特征，将会直接影响最终的判断，所以该项功能给出的特征，将在很大程度上直接引导决策的走向。对特征层面信息融合功能进行分析，可以将其功能分为两类，目标状态数据融合与目标特质融合。目标状态融合功能，主要用于传感器跟踪方面，作用是为了使数据精确度提高。而目标特质融合属于识别技术，主要在传感器对外部信息进行观测时，识别观测信息的特质，确认当前观测目标。
5.3 决策层面信息融合
决策层面信息融合在整个导航信息融合系统当中，属于最终的融合阶段，此阶段得出的结果，是直接控制机器人行为的因素。决策层面信息融合的运作，是结合数据层面与特征层面反馈来的数据进行判断，其优点在于数据的通信规模较小，并以此可以保持实时性，对于不同步的信息同样具备优秀的处理功能，而且其容錯率也十分良好，即使在传感器小部分损坏的前提下，依旧可以保持正常的运作。而该校融合技术的缺点在于，容易损失初始化的数据，对于观测目标的变化特征难以收集，作为最终层面的融合技术，难以收集的缺点使其大量的特征数据库发挥困难。
6 结语
现代社会科技发展十分发达，对于智能化的研究愈发深入。现代出现了智能自动移动机器人，目的是为代替部分人工作业，而智能自动移动机器人的行为，是依赖于信息融合机器人导航技术。信息融合机器人导航技术，是通过各项功能系统组合而成的技术，可以将机器人所处的外部环境进行信息化采集，再通过内部的分析功能，使机器人做出移动、绕弯、躲避的动作，以此保障机器人在运行当中的灵活性。
【参考文献】
【1】朱凤春. 移动机器人导航与环境建模问题研究[D].青岛：山东科技大学，2007.
【2】张捍东，郑睿，岑豫皖.移动机器人路径规划技术的现状与展望[J]. 系统仿真学报，2005（02）：439-443.
【3】杨毅.智能移动机器人的研究与开发[D].天津：河北工业大学，2004.
