机器人避障技术解读

      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，人們對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)能力越為重視，以至于避障成為一個(gè)極為關(guān)鍵且必要的功能。人們希望機(jī)器人能根據(jù)采集的障礙物的狀態(tài)信息，在行走過程中通過傳感器感知到妨礙其通行的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)物體，然后按照一定的方法進(jìn)行有效避障，最終到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

      實(shí)現(xiàn)避障與導(dǎo)航的必要條件是環(huán)境感知，在未知或者是部分未知的環(huán)境下避障需要通過傳感器獲取周圍環(huán)境信息，包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息，因此傳感器技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人避障中起著十分重要的作用。

      機(jī)器人避障需使用的傳感器有激光雷達(dá)、深度相機(jī)、超聲波傳感器、物理碰撞、跌落檢測等。

      目前市面上常見的機(jī)器人避障基本都采用到激光雷達(dá)，但如果僅使用激光雷達(dá)作為唯一的一種避障傳感器，是無法在一些復(fù)雜場所勝任避障工作的，必須要為機(jī)器人配備其它的傳感器作為補(bǔ)充，比如：超聲波傳感器，它的成本非常低，實(shí)施簡單，可識(shí)別透明物體，缺點(diǎn)是檢測距離近，三維輪廓識(shí)別精度不好，所以對(duì)桌腿等復(fù)雜輪廓的物體識(shí)別不好，但是它可以識(shí)別玻璃、鏡面等物體。

      但機(jī)器人是不是安裝的傳感器越多，越能有效規(guī)避障礙物呢？

      答案顯示不是的，在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器并非越多越好，不合理的傳感器組合不但增加使用的成本，還有可能導(dǎo)致傳感器之間互相干擾的情況發(fā)生，另外，每種傳感器的誤差和噪音模型存在區(qū)別，比如超聲波傳感器的測距精度和檢出障礙物的方位精度遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)。

      如何在不同傳感器之間進(jìn)行融合，提取出更加符合現(xiàn)實(shí)情況的檢測數(shù)據(jù)，以下制約因素是不得不考慮的：

      1.產(chǎn)品形態(tài)

      機(jī)器人產(chǎn)品本身的造型、運(yùn)動(dòng)特性也會(huì)制約傳感器選擇。比如一些仿人的教育機(jī)器人，本身形態(tài)就比較小巧可愛，如果將一個(gè)體積占比較大的雷達(dá)放置其中，顯然影響整體美觀。

      2.與使用環(huán)境的適用性

      每種傳感器均有其特定工作指標(biāo)，如激光雷達(dá)而言，最大測量半徑是衡量其性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。如果將一個(gè)探測半徑最大是10米的激光雷達(dá)應(yīng)用在工作于非常空曠的廠房的機(jī)器人中或許就是不合適的。同樣，如果機(jī)器人要求在黑暗環(huán)境中工作，配備了只能接受可見光的視覺成像傳感器也是不合適的。

      3.成本

      當(dāng)選用的傳感器可以很好的滿足上述指標(biāo)后，成本就是決定其是否能最終選用的衡量因素。實(shí)際上這也是目前制約導(dǎo)航定位技術(shù)普及的核心因素。歷史上，由于激光雷達(dá)傳統(tǒng)上高昂的成本，導(dǎo)致無法最終在實(shí)際產(chǎn)品中使用。因此，近些年低成本激光雷達(dá)產(chǎn)品的研發(fā)成為了行業(yè)內(nèi)的一大趨勢。另一方面，僅依靠視覺傳感器的導(dǎo)航方案也是目前學(xué)術(shù)界的一大研究熱點(diǎn)，其背后能有效的降低傳感器成本也是推動(dòng)因素之一。

      隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能的發(fā)展、移動(dòng)機(jī)器的避障及自主導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)大，應(yīng)用復(fù)雜程度也越來越高。移動(dòng)機(jī)器人的自主尋路要求已經(jīng)從之前簡單的功能實(shí)現(xiàn)提升到可靠性、通用性、高效率上來，因此對(duì)其相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。然而至今沒有任何一種方法能夠在任意環(huán)境使機(jī)器人進(jìn)行有效地避障，如何克服相關(guān)算法的局限性是今后工作的研究方向之一。