自主移動機器人(AMR)是如何實現(xiàn)自主導航？

在MiR，我們致力于幫助您了解自主移動機器人AMR有關信息，包括它們如何工作，如何使用，以及如何應用在貴司的自動化物流方案中。從本月開始，小編邀請MiR技術部的大神，他們潛心修煉多年，造就多種硬核能力，為大家分享滿滿干貨的內容。開篇期，房工給你講講自主移動機器人(AMR)是如何實現(xiàn)自主導航……

路徑導航(Navigation)是自主移動機器人(AMR)基本、重要的功能之一。它通過地圖服務器、全局與局部規(guī)劃器、代價地圖等方法，控制機器人從起點到終點的運行過程。下面我們就針對這幾點，進一步介紹MiR機器人是如何做到準確地計算出優(yōu)路徑，并安全自主地運行到目的地的。

地圖服務器

不同于大多數(shù)SLAM AGV所使用的拓撲地圖(Topological Map)，MiR AMR使用占據(jù)柵格圖(Occupancy Grid Map)來表示室內環(huán)境。這種方式下，MiR AMR得以支持更加靈活、的路徑導航。

拓撲地圖

在占據(jù)柵格圖中，每個像素代表該位置實際是否被占據(jù)。如果是黑色像素，則代表這里被固定結構占據(jù)，反之白色像素則表示該位置無物體占據(jù)，可以通行。

地圖提供了空間定位信息。機器人在運行時，會對照地圖匹配傳感器所檢測到的固定結構（墻面、大型設備、固定工作臺等），并據(jù)此確定當前的準確位置。

占據(jù)柵格圖
傳感器數(shù)據(jù)未匹配地圖結構
傳感器數(shù)據(jù)與地圖結構匹配成功，定位成功


全局與局部規(guī)劃器
在得到當前位置后，機器人需要依靠全局與局部規(guī)劃器來找到合適的運行路徑，并自動駕駛到目的地。全局與局部規(guī)劃器之間的關系，類似于GPS導航與司機的關系：GPS導航負責規(guī)劃整體路線，司機則負責參照此路線實際駕駛汽車；同樣，機器人中的全局規(guī)劃器負責規(guī)劃整體路線，局部規(guī)劃器負責自動駕駛機器人。

全局規(guī)劃器的功能類似于GPS地圖
局部規(guī)劃器的功能類似于駕駛司機

與GPS不同的是，全局規(guī)劃器所參照的是像素組成的占據(jù)柵格圖(Occupancy Grid Map)，而不是室外地圖通常使用的拓撲地圖(Topological Map)。在這個前提下，全局規(guī)劃器的算法需要按像素依次查找，直到得到通往目的地的路線。由于在柵格地圖中，固定結構的位置都已經被標注明確，所以全局規(guī)劃器終得到的路線也是繞開這些結構的。

局部規(guī)劃器

局部規(guī)劃器負責避開動態(tài)障礙物
MiR AMR在運行中靈活避障

代價地圖
全局與局部規(guī)劃器可以準確地在室內計算出一條可通行路徑。但該路徑可能并不恰巧符合用戶的實際需求。比如說，有些客戶要求自主移動機器人在運行時靠走道右側行駛；某些區(qū)域不允許機器人進入；或在某些通道處只能單向行駛等等。熟悉MiR AMR操作的朋友應該了解，MiR通過在地圖上添加各種區(qū)域(優(yōu)選區(qū)域、禁行區(qū)域、單行區(qū)域等)實現(xiàn)了這些需求。而這些區(qū)域背后的原理，實際上都是對代價地圖(Costmap)的靈活運用。

MiR地圖中的區(qū)域
在沒有代價地圖的情況下，全局規(guī)劃器會將地圖上所有由白色像素覆蓋的區(qū)域一視同仁，其算法中給每個像素分配的權重是相同的。但如果我們對地圖中每個像素的權重都賦予不同的值，就會得到一張代價地圖(Costmap)。在代價地圖中，規(guī)劃器會更偏好代價小的像素，減少或避免經過代價較大的像素。

依據(jù)這個原理，被優(yōu)選區(qū)域覆蓋的像素，其代價值會被降低；被禁止區(qū)域覆蓋的像素，其代價值會被調整為無窮大。這樣，規(guī)劃器就會更偏向優(yōu)選區(qū)域，而避免經過禁止區(qū)域。

對于被單行區(qū)域覆蓋的像素，其代價值還會受運行方向的影響。當運行方向與規(guī)定方向一致時，像素的代價值不受影響；但如果運行方向與規(guī)定方向相反時，其代價值就會變?yōu)闊o窮大。這樣規(guī)劃器在規(guī)劃路線時就不會選擇逆行了。

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