1。1 课题的研究背景及意义

随着室内服务机器人的兴起，室内导航也成为了移动机器人领域的一项较为热门的问 题。通常情况下，相较于室外未知复杂环境，室内环境通常是结构化的，环境布局也相对 固定，机器人易获得室内环境地图的一些先验知识，在机器人导航的初始状态就能得到一 些环境信息。但是由于室内空间大小的限制，室内定位要求有更高的精度。 

Durrant Whyte 将导航问题总结为 3 个问题：我在哪儿，我要去哪儿，我该怎么去[2]。这 即是机器人导航中的定位（Localization），环境地图创建（Mapping）和路径规划（Navigation） 的问题。室内由于 GPS(Global Position System)信号很弱，高精度定位成了难题。目前常用 的方法有设置地面导引线（涂条或者埋线）或布置磁钉(在地上布置感应线圈)等方式，但在 动态环境下如何不依赖地面导引方式是机器人导航系统研究的重要课题。GPS 导航在室内精 度过低，基于 RFID 的导航系统精度也过低，视觉导航虽然是行业趋势，但需处理的实时图 像数据量较大，实时性较差。

室内环境下通常采用里程计或者惯导元件 MIMU(加速度计和陀螺仪)作为内部传感器实 现室内导航，但是由于里程计的累积误差，陀螺仪的漂移、累积误差、敏感度等问题，常常 达不到定位精度要求，需要一些外部传感器辅助来修正误差。本文只采用激光测距仪，通过 对激光扫描数据进行配准，求得机器人的位姿变换实现准确定位。

在室内环境中多为静态障碍物，偶尔有人走动，这对环境建图来说可以视为动态干扰。 在机器人知道自己位置（有定位）的情况下 ，可以用几何特征地图来表示环境地图，可以 用地图中的几何特征来辅助定位。论文网

1。1。1 经济效益分析

激光雷达具有诸多优点，例如指向性强，能保障导航精度，但是由于其价格昂贵，未能 在机器人室内导航领域有出色表现。例如 Google 无人驾驶汽车其搭载的激光雷达售价高达 7 万美元以上，占据整车成本的一半，这可能是其迟迟无法量产的原因之一。其它有能力生 产激光雷达的公司如德国 SICK，日本 HOKUYO，其产品售价也都在万元人民币以上。

传统的激光测距仪其测量速度可能为几秒钟测一次，激光雷达一秒内需要完成成千上万 次测量，其价格也昂贵在此。室内导航的研究多应用于家庭服务机器人领域，传统家庭用户 不可能支付得起工业机器人那种价格。因此，寻找可靠、低成本的激光雷达是一项重要任务。 若激光雷达能用于餐厅机器人，能实现机器人动态避障，改善用户体验。

目前扫地机器人的价格在 1000~4000 元不等，一般扫地机器人的合理使用寿命在 2~5 年， 能给家庭生活带来便利，解放劳动力，体积小，能灵活钻入床底，沙发进行深度清扫。目前 送餐机器人价格 3 万到 10 万不等，价格相当于 1~2 名服务员一年的薪资，其寿命可以达到 8~10 年，平均下来一年的费用比请服务员少，虽然灵活程度比不上真人，但可以为餐厅招揽 顾客，吸引人气。

1。2 国内外的研究现状

1。2。1 机器人室内导航

移动机器人导航综述

图 1。6 酒店服务机器人 Relay

1。3。1 机器人自定位

机器人导航通常由感知、定位、认知、运动控制 4 个模块构成[4]。在这四个模块中，定 位在近几十年受到最大关注。定位问题（Localization）就是 Durrant Whyte 描述的导航三问 题中的“我在哪儿？”。