定位把当前传感器数据与已有地图比对,估算机器人的坐标和朝向。它和建图的分工很清楚:地图已经存在,要解决的是我现在在图上哪个位置、朝哪个方向。
定位处理的是一个比 SLAM 窄得多的问题:地图已经有了,需要确定的只是当前位姿。系统把实时激光扫描或图像与地图做匹配,输出 x、y 坐标和朝向角,通常还附带一个置信度。
工程上普遍采用粒子滤波或扫描匹配。粒子滤波用大量假设位姿并行竞争,观测一致的粒子权重升高,逐轮收敛;扫描匹配则直接寻找使当前扫描与地图重合度最高的变换。两者都依赖里程计提供运动先验,编码器打滑或轮径标定不准会让先验失真,收敛随之变慢。
有两个场景需要单独设计。一是开机时的全局定位,机器人不知道自己在哪,必须在整张地图上搜索——耗时明显长于常规跟踪,通常需要给出初始位姿提示或设定固定的开机点。二是绑架恢复,即机器人被人推走或叉车抬走后重新落地,系统必须能识别出位姿已经失效并重新初始化。
验收时最有意义的指标是重复定位精度,即多次到达同一目标点的位置离散程度。对接充电桩、精确停靠输送线这类动作,往往要求达到厘米级。
一家服务机器人运营商在酒店部署前验证定位:设备需在电梯前反复精确停靠。项目组连续记录了两百次停靠的偏差分布,把超差比例作为放行标准。
实际使用中最典型的失效是环境相似度过高。多条外观一致的货架巷道会让粒子群收敛到错误的巷道上,而且一旦收敛,系统自身的置信度还会很高。这类场景通常要靠在关键节点布置人工标识来打破对称性。
实践应用
一家服务机器人运营商在酒店部署前验证定位:设备需在电梯前反复精确停靠。项目组连续记录了两百次停靠的偏差分布,把超差比例作为放行标准。
优势
- 计算量远低于 SLAM,可在低算力平台稳定运行
- 输出带置信度,异常可被上层调度及时识别
- 重复定位精度可达厘米级,满足充电桩对接要求
- 地图固定不变,多台机器人的位姿可直接互相比较
局限性
- 前提是地图已存在且与现场一致,地图过期即失效
- 多条外观一致的巷道会导致错误收敛,且置信度虚高
- 开机全局定位耗时长,通常需要设定固定起始点
- 编码器打滑或轮径标定不准会破坏运动先验
典型应用领域
AMR 自主移动机器人清洁机器人四足机器人服务机器人
常见问题
- 定位和 SLAM 有什么区别?
- SLAM 在没有地图时同时建图和定位;定位则以已有地图为前提,只解决当前坐标和朝向的问题,计算量小得多。
- 定位在实际中怎么工作?
- 常用粒子滤波或扫描匹配:把实时扫描与地图做比对,结合里程计给出的运动先验逐步收敛到最可能的位姿。
- 怎么衡量定位是否够用?
- 最实用的指标是重复定位精度,即多次到达同一点的偏差分布。充电桩对接和输送线停靠通常要求厘米级。
- 定位失效常见于什么情况?
- 环境高度相似时最容易出错,例如多条外观一致的货架巷道。此外机器人被推走或抬走后需要具备绑架恢复能力。