無人載具室內建圖技術

吳俊賢 ； 陳泓翔 ； 吳韻宜 ； 高世偉

《電腦與通訊》 179期 (2019/10) Pp. 29-33

摘要

同步定位與建圖（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM）技術，是利用感測器取得的資料，同時計算本身在未知環境中最接近的位置與移動狀態，並且持續建構並更新該環境的二維或三維的空間資訊，因此本身是一種雞生蛋、蛋生雞的問題。SLAM技術的發展始於1980年代，迄今已有30多年的歷史，最初是為了解決機器人在未知空間的定位問題[1]，如今已廣泛運用於各種領域，包含自駕車、無人機、無人水下載具、太空計畫的無人探測車，甚至家用的掃地機器人等，以滿足即時定位、導航，以及二維或三維空間建圖等不同的應用需求。由於GPS等室外定位技術的發展已經相當成熟與普及，使得一些室外應用情境不再需要完全依賴SLAM技術，然而對於室內、水下等目前尚缺乏精準定位技術的環境，以及無法佈建定位所需之基礎建設的應用環境，SLAM依然是不可或缺的技術。目前室內建圖技術也運用在工研院資通所開發中的樂齡生活應用服務系統之智慧載具上，該智慧載具以長者為主要服務對象，運用環境智能系統技術（Ambient Intelligence）主動蒐集生活作息與生理數據，提供生活品質資訊（如睡眠、飲食、情緒等）供子女即時主動關懷長者的身心與生活狀態。為了讓智慧載具能夠迅速取得長者的生活環境空間資訊，進而導航到不同的目標執行分析功能，必須仰賴有效率、準確度高的室內建圖技術。本文將針對室內無人載具的應用領域介紹兩種SLAM技術：GMapping [2]與Cartographer [3]；並使用目前較常見的機器人作業系統（Robot Operating System, ROS）[4]，分別在模擬與實際的室內環境進行GMapping與Cartographer兩種建圖技術的測試與比較。