為了有效地導(dǎo)航周圍環(huán)境，機(jī)器人通常根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的運(yùn)行環(huán)境和傳感器收集的觀測結(jié)果來規(guī)劃路徑。雖然這種導(dǎo)航策略在簡單和靜態(tài)的環(huán)境中很有用，但在更復(fù)雜和不可預(yù)測的策略（例如在現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)現(xiàn)的策略）中卻遠(yuǎn)非理想。
在辦公室重復(fù)配置的簡單示例。圖片提供：Nardi＆Stachniss
實(shí)際上，即使饋送給機(jī)器人的地圖經(jīng)過精心編譯且準(zhǔn)確無誤，也無法解決意料之外的障礙或環(huán)境變化。由于大多數(shù)最終應(yīng)在其中部署機(jī)器人的環(huán)境（例如醫(yī)院，購物中心，機(jī)場等）都是高度不可預(yù)測且瞬息萬變的，因此主要依賴于預(yù)先設(shè)計(jì)的地圖的導(dǎo)航方法可能會導(dǎo)致軌跡和導(dǎo)航策略不佳。
意識到這一問題，波恩大學(xué)的兩名研究人員最近開發(fā)了一種方法，該方法可以使機(jī)器人在更長的時(shí)間內(nèi)更有效地導(dǎo)航迅速變化的室內(nèi)環(huán)境。在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中提出的這種新方法，實(shí)質(zhì)上是通過捕獲環(huán)境變化方式的重復(fù)模式并利用此知識來做出明智的導(dǎo)航?jīng)Q策而起作用的。
進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一洛倫佐·納爾迪（Lorenzo Nardi）表示：“這項(xiàng)研究的想法是，室內(nèi)空間的許多變化都是在重復(fù)空間模式之后發(fā)生的，例如門同時(shí)打開和關(guān)閉。” “在這些環(huán)境中部署了較長時(shí)間的機(jī)器人可以觀察并不斷收集有關(guān)它的信息，并利用這些知識來計(jì)劃更好的導(dǎo)航策略。”
在先前的研究中，同一研究人員開發(fā)了一種方法，該方法收集有關(guān)地形如何影響機(jī)器人在戶外導(dǎo)航的信息，然后使用它來計(jì)算軌跡，以最大程度地減小機(jī)載振動和功耗。在他們的新研究中，他們決定通過預(yù)測環(huán)境，實(shí)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移所采用不同配置的技術(shù)，從而使其專注于室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航。
研究人員在工作中使用的示例拓?fù)洌ㄗ螅┖透怕蕡D形模型（右）圖片提供：Nardi＆Stachniss
他們開發(fā)的方法旨在通過對動態(tài)環(huán)境變化的模式進(jìn)行建模并利用此信息來規(guī)劃機(jī)器人的路徑來增強(qiáng)機(jī)器人的室內(nèi)導(dǎo)航。因此，機(jī)器人可以在到達(dá)指定位置的路徑上，找到能遇到較少的障礙和阻塞的通道。
Nardi解釋說：“我們方法的主要優(yōu)點(diǎn)是它考慮了一種能夠連續(xù)整合有關(guān)環(huán)境的新觀察結(jié)果的環(huán)境表示。” “與基于環(huán)境構(gòu)建靜態(tài)幾何圖的貪婪最短路徑規(guī)劃者相比，這種導(dǎo)航方式可以隨時(shí)間規(guī)劃更好的軌跡。”
研究人員通過將其應(yīng)用于四種不同室內(nèi)環(huán)境中的一系列場景來評估他們的方法：小型辦公室，中型辦公室，大型辦公室和醫(yī)院。在這些實(shí)驗(yàn)中，他們的方法表現(xiàn)出色，計(jì)劃了考慮環(huán)境變化的有效路徑。此外，他們將他們的方法與基于靜態(tài)地圖的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)器人部署時(shí)間更長時(shí)，它會生成更短和更好的路徑。
Nardi說：“我們的研究表明，盡管導(dǎo)航系統(tǒng)的復(fù)雜性有所增加，但我們的方法會逐步引導(dǎo)機(jī)器人提供有關(guān)環(huán)境配置的準(zhǔn)確預(yù)測，并利用這些知識沿較短的路徑導(dǎo)航。”
將來，Nardi和他的同事Cyrill Stachniss提出的方法可能有助于在快速變化的室內(nèi)環(huán)境中增強(qiáng)機(jī)器人導(dǎo)航。在醫(yī)院等對機(jī)器人效率至關(guān)重要的環(huán)境中，它可能特別有用。研究人員現(xiàn)在計(jì)劃使用一個(gè)實(shí)際的機(jī)器人平臺來測試他們的方法，因?yàn)檫@最終將能夠評估驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)是否正確，并確保使他們的技術(shù)能適用于現(xiàn)實(shí)生活場景中。
Nardi說：“未來研究的另一個(gè)有趣的方向可能是嘗試將高頻動態(tài)行為（例如其他移動的動態(tài)主體）整合到框架中。”一旦成功，這將為室內(nèi)的導(dǎo)航技術(shù)帶來一個(gè)新的提升和改變。