WiFi帮助机器人导航室内环境

加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发了一种低成本、低功耗的技术，帮助机器人绘制室内环境地图。该系统可以帮助机器人即使在光线昏暗或没有可识别的标志或特征的情况下导航。

研究团队隶属于无线通信感知和网络小组，由加州大学圣地亚哥分校的电气和计算机工程教授Dinesh Bharadia领导。该研究将在2022年5月23日至27日在费城举行的2022年国际机器人和自动化会议（ICRA）上发表。

该研究发表在IEEE机器人和自动化期刊上。

全新的方法

新开发的技术使用WiFi信号来使机器人能够绘制其环境和路径地图。该系统是一种全新的室内机器人导航方法，与之前使用光学传感器（如摄像头和LiDAR）的方法不同。

“WiFi”传感器使用无线电频率信号代替光或视觉提示来“看到”环境，这使得它们在摄像头和LiDAR难以工作的环境中表现更好。这些环境通常是低光照、光照变化和重复的环境，如长走廊。

LIDAR的替代品

WiFi技术使其成为LIDAR的经济替代品，LIDAR昂贵且需要大量电力。

“我们几乎在任何地方都被无线信号所包围。这项工作的美妙之处在于，我们可以使用这些日常信号来实现机器人的室内定位和绘图，”Bharadia说。

Aditya Arun是Bharadia实验室的电气和计算机工程博士生，也是该研究的第一作者。

研究人员使用现成的硬件构建了原型系统。它由一台配备WiFi传感器的机器人组成，WiFi传感器由商用WiFi收发器构建。这些WiFi传感器向环境中的WiFi接入点发送和接收无线信号，这种通信使机器人能够绘制其位置和移动方向。

Roshan Ayyalasomayajula也是Bharadia实验室的电气和计算机工程博士生，并且是该研究的共同作者。

“这种双向通信始终在您的手机和WiFi接入点之间发生——它只是不告诉您您在哪里，”Ayyalasomayajula说。“我们的技术利用这种通信来实现未知环境中的定位和绘图。”

WiFi传感器最初不知道机器人的位置以及WiFi接入点在环境中的位置。随着机器人的移动，传感器呼叫接入点并聆听它们的回复，这些回复被用作标志。

每个传入和传出的无线信号都带有其自身的独特物理信息，可以用来确定机器人和接入点相对于彼此的位置。算法使WiFi传感器能够提取这些信息并进行这些计算。传感器继续收集更多信息，最后可以确定机器人的位置。

该技术在一栋办公楼的一层进行了测试，在空间周围放置了几个接入点。然后，一台机器人被配备了WiFi传感器，以及一台摄像头和LiDAR，以便进行比较测量。团队控制机器人，让它多次绕着楼层行驶。它还转过角落，走过长而窄的走廊，亮度和昏暗的空间都有。

测试表明，WiFi传感器提供的定位和绘图的准确性与商用摄像头和LiDAR传感器的准确性相当。

“我们可以使用WiFi信号，它们基本上是免费的，在视觉上具有挑战性的环境中进行强大和可靠的感知，”Arun说。“WiFi感知可能会取代昂贵的LiDAR，并在这些场景中补充其他低成本传感器，如摄像头。”

该团队现在将致力于将WiFi传感器和摄像头相结合，开发出更完整的绘图技术。