在MiR，我們致力于幫助您了解自主移動(dòng)機(jī)器人AMR有關(guān)信息，包括它們?nèi)绾喂ぷ鳎绾问褂茫约叭绾螒?yīng)用在貴司的自動(dòng)化物流方案中。從本月開始，小編邀請MiR技術(shù)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(nèi)容。開篇第一期，房工給你講講自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)是如何實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航……

路徑導(dǎo)航(Navigation)是自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)最基本、最重要的功能之一。它通過地圖服務(wù)器、全局與局部規(guī)劃器、代價(jià)地圖等方法，控制機(jī)器人從起點(diǎn)到終點(diǎn)的運(yùn)行過程。下面我們就針對這幾點(diǎn)，進(jìn)一步介紹MiR機(jī)器人是如何做到高效準(zhǔn)確地計(jì)算出最優(yōu)路徑，并安全自主地運(yùn)行到指定目的地的。

地圖服務(wù)器

不同于大多數(shù)SLAM AGV所使用的拓?fù)涞貓D(Topological Map)，MiR AMR使用占據(jù)柵格圖(Occupancy Grid Map)來表示室內(nèi)環(huán)境。這種方式下，MiR AMR得以支持更加靈活、精確的路徑導(dǎo)航。

拓?fù)涞貓D

在占據(jù)柵格圖中，每個(gè)像素代表該位置實(shí)際是否被占據(jù)。如果是黑色像素，則代表這里被固定結(jié)構(gòu)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(jī)器人在運(yùn)行時(shí)，會(huì)對照地圖匹配傳感器所檢測到的固定結(jié)構(gòu)（墻面、大型設(shè)備、固定工作臺等），并據(jù)此確定當(dāng)前的準(zhǔn)確位置。

占據(jù)柵格圖（來源：Google網(wǎng)絡(luò)搜索）

傳感器數(shù)據(jù)未匹配地圖結(jié)構(gòu)

傳感器數(shù)據(jù)與地圖結(jié)構(gòu)匹配成功，定位成功

全局與局部規(guī)劃器

在得到當(dāng)前位置后，機(jī)器人需要依靠全局與局部規(guī)劃器來找到合適的運(yùn)行路徑，并自動(dòng)駕駛到目的地。全局與局部規(guī)劃器之間的關(guān)系，類似于GPS導(dǎo)航與司機(jī)的關(guān)系：GPS導(dǎo)航負(fù)責(zé)規(guī)劃整體路線，司機(jī)則負(fù)責(zé)參照此路線實(shí)際駕駛汽車；同樣，機(jī)器人中的全局規(guī)劃器負(fù)責(zé)規(guī)劃整體路線，局部規(guī)劃器負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛機(jī)器人。

GPS司機(jī) vs 全局局部規(guī)劃器

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(jī)

（圖片來源：Google網(wǎng)絡(luò)搜索）

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?fù)涞貓D(Topological Map)。在這個(gè)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(jié)構(gòu)的位置都已經(jīng)被標(biāo)注明確，所以全局規(guī)劃器最終得到的路線也是繞開這些結(jié)構(gòu)的。

全局規(guī)劃器的路徑規(guī)劃算法

（圖片來源：blog.csdn.net）

全局規(guī)劃器計(jì)算出的路線已經(jīng)繞開了室內(nèi)的固定結(jié)構(gòu)，下面就需要局部規(guī)劃器根據(jù)實(shí)際情況，在駕駛過程中避開地圖中不存在的動(dòng)態(tài)障礙物。當(dāng)激光傳感器與3D相機(jī)在實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)檢測到了障礙物后，這個(gè)信息將會(huì)被傳給局部規(guī)劃器。局部規(guī)劃器會(huì)綜合考慮障礙物的位置、大小以及機(jī)器人當(dāng)前的位置、速度以及正在運(yùn)行的路徑等信息，判斷是否需要做繞行或剎車等操作。如果在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)路線被地圖中不存在的臨時(shí)障礙物堵死，局部規(guī)劃器還會(huì)通知全局規(guī)劃器重新規(guī)劃新的路線。

局部規(guī)劃器

局部規(guī)劃器負(fù)責(zé)避開動(dòng)態(tài)障礙物

MiR AMR在運(yùn)行中靈活避障

代價(jià)地圖

全局與局部規(guī)劃器可以準(zhǔn)確高效地在室內(nèi)計(jì)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(shí)際需求。比如說，有些客戶要求自主移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)必須靠走道右側(cè)行駛；某些區(qū)域不允許機(jī)器人進(jìn)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(yīng)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(shí)現(xiàn)了這些需求。而這些區(qū)域背后的原理，實(shí)際上都是對代價(jià)地圖(Costmap)的靈活運(yùn)用。

MiR地圖中的區(qū)域

在沒有代價(jià)地圖的情況下，全局規(guī)劃器會(huì)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(gè)像素分配的權(quán)重是相同的。但如果我們對地圖中每個(gè)像素的權(quán)重都賦予不同的值，就會(huì)得到一張代價(jià)地圖(Costmap)。在代價(jià)地圖中，規(guī)劃器會(huì)更偏好代價(jià)小的像素，減少或避免經(jīng)過代價(jià)較大的像素。

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

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

單向區(qū)域