德仓创机器人 Dechuang Robot 8.机器人导航与路径规划 地图 地图是对环境结构的几何描述，是机器人自主定位与导航的基础。地图既可以是事先测绘好（离线建图) ，也可以是依靠机器人上搭载的传感器测量（在线测绘）得到。 拓扑图 特征图 点云图使用大量的三维空间点描述环境，将环境中的所有物 网格图 体都离散化为稠密的点云。 直接表征法 地图 优点：用于定位、导航和避障，甚至能够用于三维重建。 路标图 缺点：大规模的环境需要较大的计算量和较多的存储空间。 点云围 认知地图 混合地图 12
8.机器人导航与路径规划 12 地 图 地图是对环境结构的几何描述，是机器人自主定位与导航的基础。地图既可以是事先测绘好（离线建图） ，也可以是依靠机器人上搭载的传感器测量（在线测绘）得到。 点云图使用大量的三维空间点描述环境，将环境中的所有物 体都离散化为稠密的点云。 优点：用于定位、导航和避障，甚至能够用于三维重建。 缺点：大规模的环境需要较大的计算量和较多的存储空间。 地图 拓扑图 特征图 网格图 直接表征法 路标图 点云图 认知地图 混合地图
德仓创机器人 Dechuang Robot 8.机器人导航与路径规划 地图 地图是对环境结构的几何描述，是机器人自主定位与导航的基础。地图既可以是事先测绘好（离线建图） 也可以是依靠机器人上搭载的传感器测量（在线测绘）得到。 拓扑图 认知地图将语义概念与地图中的对象联系起来，为地图中的对象赋予更抽象的含 特征图 义。 网格图 优点：认知地图允许移动机器人更智能地行动，执行更复杂的任务，如去厨房取 杯子。认知地图由许多可区分的语义元素组成，语义元素可以是场所类型，如卧 直接表征法 地图 室、客厅，或者是物体类型，如书桌、电脑。 路标图 缺点：由于世界中存在各种不同类型的物体，所有物体不可能都被提前赋予语义 点云图 概念，同一类型的物体还可能存在较大的差异而不同类别的物体却可能较为相似 认知地图 ，因此对于复杂环境创建认知地图仍然比较困难，复杂的认知地图创建算法也导 致认知地图创建需要更多的计算量。 混合地图 13
8.机器人导航与路径规划 13 地 图 地图是对环境结构的几何描述，是机器人自主定位与导航的基础。地图既可以是事先测绘好（离线建图） ，也可以是依靠机器人上搭载的传感器测量（在线测绘）得到。 认知地图将语义概念与地图中的对象联系起来，为地图中的对象赋予更抽象的含 义。 优点：认知地图允许移动机器人更智能地行动，执行更复杂的任务，如去厨房取 杯子。认知地图由许多可区分的语义元素组成，语义元素可以是场所类型，如卧 室、客厅，或者是物体类型，如书桌、电脑。 缺点：由于世界中存在各种不同类型的物体，所有物体不可能都被提前赋予语义 概念，同一类型的物体还可能存在较大的差异而不同类别的物体却可能较为相似 ，因此对于复杂环境创建认知地图仍然比较困难，复杂的认知地图创建算法也导 致认知地图创建需要更多的计算量。 地图 拓扑图 特征图 网格图 直接表征法 路标图 点云图 认知地图 混合地图
德仓创机器人 Dechuang Robot 8.机器人导航与路径规划 地图 地图是对环境结构的几何描述，是机器人自主定位与导航的基础。地图既可以是事先测绘好（离线建图） ，也可以是依靠机器人上搭载的传感器测量（在线测绘） 得到。 拓扑图 特征图 混合地图：因目前没有一种单一的地图表示方式能满足所有的任务需求（定位、导 网格图 航、避障、路径规划、三维重建、认知等)和性能要求（精度高、速度快、计算量 直接表征法 小、存储空间小等)，可使用多种不同的地图表示方式描述环境，充分利用不同地 地图 路标图 图表示方式的优势，如拓扑地图适用于路径规划、栅格地图适用于导航等。 点云图 认知地图 混合地图 14
8.机器人导航与路径规划 14 地 图 地图是对环境结构的几何描述，是机器人自主定位与导航的基础。地图既可以是事先测绘好（离线建图） ，也可以是依靠机器人上搭载的传感器测量（在线测绘）得到。 混合地图：因目前没有一种单一的地图表示方式能满足所有的任务需求（定位、导 航、避障、路径规划、三维重建、认知等）和性能要求（精度高、速度快、计算量 小、存储空间小等），可使用多种不同的地图表示方式描述环境，充分利用不同地 图表示方式的优势，如拓扑地图适用于路径规划、栅格地图适用于导航等。 地图 拓扑图 特征图 网格图 直接表征法 路标图 点云图 认知地图 混合地图
德仓创机器人 Dechuang Robot 8.机器人导航与路径规划 定位 机器人定位是确定机器人在其作业环境中所处的位置。机器人利用先验环境地图信息、位姿当前估计以 及传感器观测值等输入信息，经过一定处理变换，获得更准确的当前位姿，有绝对定位和相对定位两种 方式；测量传感器有里程计、摄像机、激光雷达、超声波、和速度或加速度计等。 里程计 摄像机 相对定位 定位方式 绝对定位 定位传感器 激光雷达 超声波 速度或加速度计 15
8.机器人导航与路径规划 15 定 位 机器人定位是确定机器人在其作业环境中所处的位置。机器人利用先验环境地图信息、位姿当前估计以 及传感器观测值等输入信息，经过一定处理变换，获得更准确的当前位姿，有绝对定位和相对定位两种 方式；测量传感器有里程计、摄像机、激光雷达、超声波、和速度或加速度计等。 定位方式 相对定位 绝对定位 定位传感器 里程计 摄像机 激光雷达 超声波 速度或加速度计
90 德仓创机器人 Dechuang Robot 8.机器人导航与路径规划 定位：绝对定位 主动灯塔 信标 路标定位 地图匹配 绝对定位 卫星导航 马尔可夫 概率法 蒙特卡罗 卡尔曼滤波 路标定位：物流分拣
8.机器人导航与路径规划 16 定 位：绝对定位 机器人绝对定位又称为全局定位，要求机器人在未知初始位置的 情况下确定自己的位置，有导航信标、主动或被动标识、地图匹 配、卫星导航或概率方法，定位精度较高。信标或标识牌的建设 和维护成本较高，地图匹配技术处理速度慢，GPS只能用于室外 ，目前精度还很差，绝对定位的位置计算方法包括三视角法、三 视距法、模型匹配算法等。基于概率理论的绝对定位方法有马尔 可夫、蒙特卡罗（粒子滤波）和卡尔曼滤波。 主动灯塔：机器人通过接收固定位置信号源信息，对该信号进行 最少的处理得到精确的定位信息。 路标导航定位是利用环境中的路标(人工、自然路标)，给移动机 器人提供位置信息。 绝对定位 信标 主动灯塔 路标定位 地图匹配 卫星导航 概率法 马尔可夫 蒙特卡罗 卡尔曼滤波 路标定位：柱子作为路标 路标定位：物流分拣