機(jī)器人是如何實現(xiàn)避障的？

 

隨著機(jī)器人在工廠、倉庫、酒店、商場、餐廳等環(huán)境中的使用，人們越來越重視機(jī)器人的移動性，以至于避障成為一個極其關(guān)鍵和必要的功能。希望機(jī)器人能夠根據(jù)收集到的障礙物狀態(tài)信息，感知阻礙其通過激光雷達(dá)傳感器的靜態(tài)或動態(tài)物體，然后按照一定的方法有效避開障礙物，最終到達(dá)目標(biāo)點。

 

避障導(dǎo)航的必要條件是環(huán)境意識。在未知或部分未知的環(huán)境中，避障需要激光雷達(dá)傳感器獲取周圍環(huán)境的信息，包括障礙物的大小、形狀、位置等。因此，激光雷達(dá)傳感器技術(shù)在移動機(jī)器人避障中起著非常重要的作用。

 

機(jī)器人避障需要的傳感器有激光雷達(dá)、深度攝像頭、超聲波傳感器、物理碰撞和跌落檢測。

 

目前市場上常見的機(jī)器人避障基本都是使用激光雷達(dá)。但如果只使用激光雷達(dá)作為唯一的避障傳感器，是無法勝任一些復(fù)雜場所的避障的。需要給機(jī)器人配備其他傳感器作為補(bǔ)充，比如超聲波傳感器，成本非常低，實現(xiàn)簡單，可以識別透明物體。缺點是探測距離短，三維輪廓識別精度不好。因此，

 

 

但是機(jī)器人安裝的傳感器越多，就越能有效躲避障礙物，這是真的嗎？

 

答案是否定的。在實際應(yīng)用中，傳感器越多越好。不合理的傳感器組合不僅增加了使用成本，還可能導(dǎo)致傳感器之間的相互干擾。此外，每個傳感器的誤差和噪聲模型之間也存在差異。比如超聲波傳感器的測距精度，障礙物探測的方位精度都遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)。

 

如何融合不同的傳感器并提取更真實的檢測數(shù)據(jù)，必須考慮以下約束:

 

1.產(chǎn)品形式

 

機(jī)器人本身的形狀和運(yùn)動特性也會制約傳感器的選擇。比如一些人形教育機(jī)器人，比較小巧，造型可愛。如果把體積比較大的雷達(dá)放進(jìn)去，顯然會影響整體美觀。

 

2.與使用環(huán)境的適應(yīng)性

 

每個傳感器都有其特定的工作指標(biāo)，如激光雷達(dá)，最大測量半徑是衡量其性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。如果將最大探測半徑為10米的a 激光雷達(dá)應(yīng)用于在非常空曠的廠房內(nèi)工作的機(jī)器人，可能并不合適。同樣，如果要求機(jī)器人在黑暗的環(huán)境中工作，那么擁有只能接受可見光的視覺成像傳感器也是不合適的。

 

3.費(fèi)用

 

當(dāng)選擇的傳感器能夠很好地滿足上述指標(biāo)時，成本就是決定最終能否選擇的衡量因素。其實這也是目前制約導(dǎo)航定位技術(shù)普及的核心因素。從歷史上看，由于激光雷達(dá)的成本較高，傳統(tǒng)上無法用于實際產(chǎn)品中。因此，近年來，低成本激光雷達(dá)產(chǎn)品的研發(fā)成為行業(yè)內(nèi)的一大趨勢。另一方面，僅依賴視覺傳感器的導(dǎo)航方案也是當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究熱點，其背后傳感器成本的有效降低也是驅(qū)動因素之一。

 

隨著計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能、移動機(jī)器避障和自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，取得了豐碩的研究成果，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用復(fù)雜度越來越高。移動機(jī)器人的自主尋路要求已經(jīng)從簡單的功能實現(xiàn)升級到可靠性、通用性和高效性，因此對其相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。然而，到目前為止，還沒有一種方法可以在任何環(huán)境下有效地避開障礙物。如何克服相關(guān)算法的局限性是今后的研究方向之一。