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摘要：随着机器人技术的发展，警用机器人发挥的作用日趋重要，其关键技术研究已成为公共安全领域与警用装备领域研究
的热点。针对导航技术、控制技术、无线通信技术、智能管控平合技术等关键技术进行综述，总结了现有技术的现 状、框架结构和难点，为警用机器人的研究与应用提供了理论支撑。 关键词：警用濃人导®^多传息融合控
引言
警用机器人的应用和发展曰新月异，现有警用机器人 主要有鄉、歷
、排爆'瓦恐和消瞒类别，其关雛术
的研究已成为公共安全领域与警用装备领域研究的热点。
警用机器人的功能模块包括机器人整机和数据服务两 部分，其结构如图1所示。数据服务是指针对公安业务需 求，相应的组指控'云服务和大数据服务。机器人整机主 要分为机器人操作系统和基础硬件两部分，又可细分为运动 控制槪聰感知歡交互识别微。
脉动测速中心
图1机器人功能模块结构图智能操作票
作为一种移动机器人，警用机器人的核心技术主要有 导航技术、控制技术、无线通信技术、智能管控平台技术 等。本文针对这些关键技术，进行了总结，为警用机器人的 研究和应用樹赌论支撑。
-、导航技术
导航技术是瞥用机器人的关键技术之一，它是指移动 机器人通过传感器感知环境信息和自身状态，实现有障碍环 境中面向目标的自主运动。目前，警用机器人的主要导航方 式包括：磁导航.惯性亂视觉导航，卫星导航，贼导
航等。它们不同程度地适用于不同的工作环境，包括室内环
境、室外环境，结构化环境、非结构化环境。
机器人的导航方式虽不同，但导航原理基本类似。机 器人导航系统的目标均可描述为：根据需求引导机器人移动 到指定区域，完成特定r a 。
图2机器人导航流程图
警用机器人导航流程如图2所示。环境感知是机器人利 用传感器采集^_息，包括机器人所处的环境信息和机器 人本身姿态信息；信息融合是对环境感知模脚I 出的信息进 行分析处理，通过对各种传感器数据的融合，得到可靠性更 高的信息'路径规划模块是在获得融合传感信息后，做出 路径®划，包括紧急避障功能；动作执行是将路径ia 划的输
出发送运动指令到运动控制模块。系统运行时，机器人实时 感知环境数据，进行信息融合处理，融合后的传感信息传送 到瞻见划槪W 旨融器人执擁划好的紙动倾 行又作用到环境，形成闭环。
导航系统主要解决两个问题，即机器人定位问题和路 径规划问题。
机器人定位技术可分为相对定位和绝对定位。航位推 算是较为传统的机器人相对定位方法，机器人在已知初试位 置和方向的情况下，利用加速度计、陀螺仪等传感器得到机 器人所走路程，从而实现定位，此方法的定位误差会不断积 累。基于绝对定位的方法包括视觉定位、超声波定位、
*基金项目：国家重点研发计划“主动防控型警用机器人关键技术研究与应用示范”（编号：2017YFC 0806500)
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GPS 定位、基于概率定位、地图匹配定位等。
路径规划是指机器人遵从一定准则，规划一条起始点 到目标点与障碍物无碰撞的最优路径。路径规划过程遵守的 准则可以是路程最短、时间最少或能源消耗最小等，其中路 程最短是最常用的准则。路径规划算法分为两种：离线路径 规划和在线路径规划，离线路德划也称全局路径规划，在 线路径规划働局部路径规划。机器人的工作环境基本都为 动态环境，因此局部路径规划应用更为广泛。常用局部路径 规划有人工势场法、向量场矩阵法等。
二'机器人控制技术
机器人控制技术是指为机器人完成各种任务和动作所 执行的各种控制手段，是机器人的杨术之一，对机器人 的性能至关重要。机器人控制技术包含范围十分广泛，从机 器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制勒沐，既包括 实现控制所需的各种电子硬件系统，又包括软件控制架构。
(—)机器人电视件
机器人电子硬件主要包括：主控板、电机驱动器、传SUWI (即时定位与地图构建）在机器人导航系统中应
用广泛，可以同时完成机器人的定位与地图构建，是机器人 导航中的重要步骤，其技术结构如图3所示。当前应用较广 的是激光SLAM 、视觉3圖等0
棉花液压打包机
激光导航技术可以实现厘米级定位精度，具备成本 低、可全时段、不受电磁干扰、无累积误差等优点。
因此， 激光导航适用于警用机器人的高精度导航。
激光导航技术流程如图4所示，在导航前人工控制机器 人对周围环境进行扫描建图，规划巡逻路线，机器人在行进 过程中，通过激光扫描完成紧急避障，不断修正自己的运动 轨迹。紧急避障的优先级高于运动规划，所以紧急避障的计 算频率较高，而运动规划的计算频率相搬低。
感器控制板、其他子控制板和电源模块，其结构如图5所 示。电源模块主要功能是为机器人动力供电与系统供电，机 器人动力供电主要是电机驱动器供电，系统供电主要是控制 板和采集板的供电；主控板负责机器人的运动控制，包括导 航、避障等其他功能模块的控制和调用；电机驱动器负责控 制电机，接收主控板的控制信号；传感器控制板负责接收传 感器信息，进行信息融合，并将融合后的环境信息传送给主 控板；其他子控制板主要负责执行电机、继电器、电磁阀等 其他器件的控制[3]。
图5机器人电子硬件结构图
(二）机器人软件娜
机器人基本功能所需软件架构主要有六部分：机器人 实时定位导航、轨迹行走控制、环境感知、自身状态感知、 执行机构控制、机器人任务接收与管理。
当前应用较多的机器人软件系统是ROS ，因此可根据
ROS 架构对警用机器人的软件架构进行介绍。程序模块可
以划分为节点Nodes 和主题Topics ；节点Nodes 之间通过|艮 务Services 进行互相调用；节点Nodes 与主题Topics 是发布 与订阅的关系，两者之间的通信通过Messages 完成。
警用机器人软件控制架构如图6所示。机器人实时定位 导航模块有各传感器节点Nodes ，负责发布各传感器所获取 的信息；位姿融合算法用于融合当前位姿信息、陀螺仪角度 和电子罗盘角度，并发布机器人当前位姿主题；地图构建节
8 I 警親涿3 2018年第3
期
警用概人应用
图6机器人软件控制架构
点用于接收外部瞒传感信息，构建并实时更繊图机器人轨迹跟踪行走控制模块中路径规划节点订阅机 器人任务主题、夕限环境状态主题；机器人自身状态主题，并发布机器人目标参考位姿提綱随算法负责发布电机控制参数主题，电机控制节点订阅电机控制参数主题，并 控制电樞动；最终实现机器人的轨麵踪行走。
三、无线通信技术
由于警用机器人的工作都由服务平台进行指挥控制，服务平台对机器人采集信息进行实时分析、决断，在执行 特殊任务时，有时需要人工参与，技术人员通过遥控终端 对机器人进行控制，这就对通信的实时性、安全性、稳定 性提出较高要求。机器人信息传输要求高速、安全，视频 传输要求高清无卡顿；巡逻安保机器人作为一种自主性移 动设备，线控的方式会大大降低机器人的灵活性和巡逻半 径，这就要求机器人与机器人之间、机器人与后台之间实 现高带宽无线通信。
现阶段主要无线通信方式是W-Fi和4G网络。Wi-円通 信需要在机器人工作范围内架设，各间切换配置复 杂，且存在安全隐患；4G网络无需自己架设，但是运 营商提供网络服务需要收费，尤其是在进行高清视频传输 时，流量耗费巨大，成本代价高。因此，现有的通信方式还 无法满足高速、安全、远距离的无线通信，即将普及的 5G网络有望对目前问题进行有效改善。
四'智能管控平台技术
智能管控平台技术指的是机器人的数据管理平台，警
用机器人的所有功能服务都是在警用数据平台上完成的，而
便民服务、协助执勤、安防管控、特征取证等功能都需要后
台服务的支持。警用数据平台可以说是机器人的大脑，智能
管控平台技术是警用机器人研究和应用的关键。
智能管控平台技术旨在通过警务知识的指导，提高警
用机器人的实用性。面向安保、侦查、防爆、处突、救援的
机器人应用需求，解决警用机器人的专业化及其与警务工作
之间的针对性、关联性等问题，实现警务知识获取共享与增
殖的过程，构建机器人警务知识图谱与警种化应用模式。
围绕这些实战问题，智能管控平台技术的研究从以下
几个方面开展：一是基于类脑智能的警用机器人主动防控技 术。使用动态自适应的类脑在线学习技术，实现图像增强、
句法分析' 环境态势表示与推理等能力的统一类脑视觉处理
汽车电动踏板神经网络麵与算法。二是基于危齡平估麵的麵艘在
线分类和目标定位技术。使用危险目标多特征提取技术，对
目标危险性进行评估，可以实现分类预警；基于危险评估模
型与危险态势感知，可以实现潜在危险目标' 突发事件目标
等的在线分类和快速准确定位；面向危险态势环境下，在快
速在线分类设备准确定位的基础上，基于危险评估和快速定
位可以进f i n助赖。三是基托息感知融合理论的机器人
侦查技术。利用高倍光学变焦成像系统捕获事件参与人员人
脸特征，智能识^参与人员，并依据案底辅助深度神经网络
对事件严重程度的判断形成准确快速的警情自动识别，获得
多尺度全息动态画像，实现多源感知融合与呈现。
五、总结
三自由度摇摆台
警用机器人的研究与应用对于公共安全领域意义重 大。本文针对导航技术、控制技术、无线通信技术' 智能管
控平台技术等关键技术分别进行了描述，总结了现有技术的
现状、结构和难点，为瞥用机器人的研究与应用提供了
理论支撑。K
参考文献
[1] Siegwart R, Nourbakhsh I, Scaramuz^ D. Introduction to
Autonomous MoMe Robots[M]. MTT ftess, 2004.
[2] 李长勇，蔡駿，房爱青等.多传感器融合的机器人导航算法
控制器设计研究D O.机械设计与制造，2017(5):238-240.
[3] 孙迪生，王炎•机器人控制技术机械工业出版社，1998.
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