實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主感知避障，傳感的多樣選擇

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在科技水平日新月異的發(fā)展下，機(jī)器人已經(jīng)在眾多行業(yè)里擔(dān)當(dāng)起得力助手一職。不論是工業(yè)產(chǎn)線上的生產(chǎn)、消費(fèi)領(lǐng)域的服務(wù)，還是日常生活中的陪伴，機(jī)器人正在承擔(dān)更多的任務(wù)扮演更重要的角色。

為了讓機(jī)器人能夠高效、安全地完成任務(wù)，感知避障環(huán)節(jié)顯得尤為關(guān)鍵。其實(shí)應(yīng)用在傳統(tǒng)的機(jī)器人里傳感器的種類與數(shù)量已經(jīng)不少，壓力、溫度、速度等等方面都少不了傳感器提供的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。隨著機(jī)器人的升級(jí)換代，機(jī)器人感知避障的能力越來(lái)越重要。

實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主感知與避障

機(jī)器人的避障功能是建立在能感知周圍環(huán)境基礎(chǔ)之上，感知后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析體現(xiàn)為機(jī)器人在自主移動(dòng)時(shí)能夠感知和規(guī)避障礙物的能力。這一功能的完善與否直接關(guān)系到機(jī)器人的操作效率和安全性。一個(gè)具備高效避障功能的機(jī)器人，可以在沒有人為干預(yù)的情況下，自如地在各種環(huán)境中穿行，不僅大幅提升了工作效率，同時(shí)也顯著降低了因碰撞而可能導(dǎo)致的損傷和故障，保障了機(jī)器人的長(zhǎng)壽命運(yùn)作。

以工業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔瑱C(jī)器人避障是有很多方案的，包括并不限于這個(gè)超聲波避障、紅外避障、激光避障、視覺避障等等。眾所周知超聲波和紅外方案，整體的成本比較低，所以在工業(yè)機(jī)器人上面應(yīng)用得也比較多。

超聲波避障對(duì)于固體障礙物以及透明表面有很好的識(shí)別性，即便是在充滿煙霧的環(huán)境中，超聲波仍然能很好地檢測(cè)環(huán)境中的物體。紅外技術(shù)的感測(cè)響應(yīng)快，成本也很低，現(xiàn)在已經(jīng)能夠做到有效區(qū)分開檢測(cè)信號(hào)與干擾信號(hào)，非線性以及對(duì)目標(biāo)反射率依賴的缺點(diǎn)也比以前有很大進(jìn)步。

雷達(dá)技術(shù)作為性價(jià)比高的感知手段，在探測(cè)、跟蹤、定位功能上已經(jīng)足夠成熟并且適用性極廣，在機(jī)器人中同樣應(yīng)用得很多。在機(jī)器人應(yīng)用中，一般以中遠(yuǎn)程雷達(dá)更為常見?，F(xiàn)在毫米波雷達(dá)傳感也在機(jī)器人感知避障中應(yīng)用起來(lái)。這種感知受環(huán)境條件影響較小，在室外移動(dòng)和黑燈自動(dòng)化工廠的機(jī)器人應(yīng)用中，效果明顯。

此外其高精度和高分辨率能對(duì)檢測(cè)物體做出更密集的點(diǎn)云檢測(cè)，收集到的點(diǎn)信息密度可提供高保真度，這種清晰的避障數(shù)據(jù)收集對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人避障來(lái)說是非常重要的決策依據(jù)，足夠可靠的數(shù)據(jù)也保證了機(jī)器人自主性的提升。

應(yīng)用于機(jī)器人避障的激光芯片

激光避障，在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用得非常多，雖然成本會(huì)稍微略高，但是它可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更一致的避障效果，可以給系統(tǒng)提供更高的識(shí)別度和更好的一致性。不論是邊發(fā)射激光EEL還是垂直腔面發(fā)射激光芯片VCSEL都有很多應(yīng)用。

EEL在高功率密度、高脈沖功率上相比之下更具優(yōu)勢(shì)，這種光源技術(shù)在環(huán)境光下也很穩(wěn)定，溫漂稍差。VCSEL在環(huán)境光下也很穩(wěn)定，溫漂更穩(wěn)定，還有特點(diǎn)是功率擴(kuò)展性很高，可以做不同功率級(jí)別的器件，此外它的光束質(zhì)量相對(duì)EEL會(huì)更高。

激光技術(shù)給感知避障設(shè)計(jì)帶來(lái)了很高的附加值，激光技術(shù)更加均勻的光斑讓圖像質(zhì)量更高；極窄的光譜帶寬讓其在環(huán)境光下更加穩(wěn)定，溫漂更小；高溫下更穩(wěn)定的特性，適配更多應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)計(jì)；高速接換的帶寬提供了更高的設(shè)計(jì)上限，能支持高頻調(diào)試，最典型的就是ToF方面的應(yīng)用。

在激光雷達(dá)眾多技術(shù)路線中，每個(gè)光源都有它合適的應(yīng)用場(chǎng)景，除了要考慮激光雷達(dá)的特性與基礎(chǔ)要求，還要從用戶需求出發(fā)，首先要考慮的是不同機(jī)器人需要什么樣的激光雷達(dá)，還有掃描方式從機(jī)械旋轉(zhuǎn)到MEMS再到全固態(tài)的考量。

小結(jié)

機(jī)器人的感知避障能力是核心競(jìng)爭(zhēng)力，這里面感知、定位、繪圖、導(dǎo)航、識(shí)別、避障等每個(gè)功能都離不開精準(zhǔn)的環(huán)境數(shù)據(jù)收集。眾多傳感器件為機(jī)器人系統(tǒng)提供了盡可能詳盡的環(huán)境數(shù)據(jù)，在未來(lái)這些傳感還會(huì)進(jìn)一步融合，并配合ML推理實(shí)現(xiàn)深度的環(huán)境分析，機(jī)器人也將會(huì)達(dá)到實(shí)時(shí)感知周圍任何目標(biāo)的智能程度。