淺談機器人避障技術

移動能力越來越重視，以至于“避障”是我們繞不開的話題。
　　避障與SLAM是既有聯系又有區(qū)別的兩個不同功能，雖然SLAM在建圖過程中，已經通過一種或多種傳感器進行了周邊環(huán)境的障礙物檢測，但是受限于目前主流SLAM技術的不成熟，避障問題無法得到很好的解決。
　　市面上常見的機器人大部分都是采用二維激光雷達導航，但是二維激光雷達在實際應用中仍有缺點。
　　
　　如圖，二維激光雷達是360度水平視場角的距離測量，其量程范圍內的多數障礙物都能因為對激光的反射而被測量到，但是激光雷達只能檢測到A和C物體的存在，無法檢測雷達掃描平面下的B物體，而如果A和C物體上下形狀不一，則機器人無法根據雷達掃描測量障礙物距離的數據，實現準確避障。
　　所以在實際應用中，散落在地上的物體、凸起的臺階、桌子和椅子等都會對激光雷達避障形成挑戰(zhàn)。
　　如果我們把這種需要考慮物體上下完整輪廓的障礙物檢測稱為“立體避障”。
　　在一些復雜的場所，二維激光雷達無法勝任立體避障的工作，必須要為機器人配備其它的傳感器作為補充。
　　比如：超聲波傳感器，它的成本非常低，實施簡單，可識別透明物體，缺點是檢測距離近，三維輪廓識別精度不好，所以對桌腿等復雜輪廓的物體識別不好，但是它可以識別玻璃、鏡面等物體。
　　還有深度相機，它具備三維的距離測量能力（同時具備水平和垂直視場角），因此，可以直接檢測到立體的障礙物，為移動機器人提供三維的保護能力。
　　所以在高配的移動機器人中，可以采用激光雷達來實現SLAM，用深度相機來實現立體避障，再用超聲波來防護激光雷達和深度相機的檢測盲點，這三種傳感器成為許多高端移動機器人的常見組合配置。
　　上海圖漾信息科技有限公司（簡稱：上海圖漾）副總經理徐韜說：“多數深度相機的垂直視場角在60度以下，平視安裝的話對正面的立體避障物檢測較好，但是對近距離處的低矮障礙物會存在較大的盲區(qū)?！?br /> 　　
　　“如圖，這種情況，一種方法是降低安裝高度，另外一種方案是采用俯視的安裝角度，但是這樣都會造成對障礙物高度檢測的缺失。”
　　因此，在實際使用中需要仔細考慮和設計相機的安裝方式，如果對上下立體障礙物檢測的要求都比較高的話，可以采用平視＋俯視兩套深度相機的方案進行組合。
　　以下是上海圖漾提供的比較重要的深度相機規(guī)格參數供行業(yè)人士參考：
　　所有的相機都有其最短和最遠的工作距離，典型的深度相機工作范圍有0.3－3m（近距離版本）或0.5－5m（中距離版本），在最短距離內深度相機會完全看不到物體，這對機器人貼身處的防護可能會形成威脅，需要仔細考慮。
　　另外，分辨率越高，對物體的輪廓辨識度越好，但是成本和計算量代價也會更大，對于單純避障而言，其實對物體輪廓的細節(jié)識別度要求不高，分辨率可以不高，比如480p等級即可。
　　最后，在深度相機的檢測幀率需求跟機器人的移動速度相關，通常普通的商用或家用機器人移動速度并不快，多在1m/s左右，30fps的幀率，在幀延時較低的情況下，已經可以滿足要求。
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