機器人避障的第一步,是讓機器人能夠感知周圍環境。一般來說,我們需要通過傳感器給機器人提供周圍環境的參數指標。例如障礙物的尺寸、形狀和位置等。目前避障使用的傳感器各種各樣,其特點和適用範圍也不同。根據不同的原理,可分為:超聲波傳感器、紅外傳感器、激光傳感器和視覺傳感器等。
1)超聲波傳感器
超聲波傳感器的原理是:先發出超聲波,然後檢測反射波的延遲,根據聲速計算目標與物體之間的距離。由於超聲波在空氣中的速度和濕度,溫度有關,在實踐中,需要考慮到這些因素的變化。另外,超聲波傳感器的有效距離,一般小於10m,並且會有最小約幾十毫米的檢測盲點,它隻能用於小型項目。超聲波傳感器成本低廉,技術成熟,原理簡單,是最常用的傳感器。
2)紅外傳感器
紅外傳感器大多基於三角測量原理。發射器以一定的角度向待測物體發射紅外光束,被物體反射回來後用另一個接收器檢測到,會得到一個偏移值。利用幾何關係可以根據發射角度計算得到傳感器與物體的距離。常見的紅外傳感器的測量距離都比較近,小於超聲波傳感器的距離。另外,對於透明的物體(例如玻璃等)紅外線會穿透的材質,紅外傳感器是無法檢測距離的。
3)激光傳感器
激光傳感器原理類似前一個方法,隻是用激光替代了紅外線來測量距離。常用的測距方式是由發射器發出持續時間很短的脈衝激光,由接收器接收返回的信號,根據入射波與反射波的延時,測出與目標的實際距離。由於光速比聲速快很多,這種測量方式往往用於大型測量,如航天研究中,而並不適合對精度要求很高的領域。
4)視覺傳感器
視覺傳感器利用多個傳感器聯合使用,通過複雜的算法模擬計算出物體的形狀、速度、距離等。這種方法雖然探測範圍比較寬闊,獲取信息量也大,但是對機器人內置的處理器的要求比較高,且由於處理時間的存在,導致對環境的實時反應差。此外,它也會收到霧霾等光學因素的幹擾。
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