移动机器人智能的一个重要标志就是自主导航,而且实现机器人自主导航有个基本要求——避障。下面让我们来了解一下移动机器人的避障,避障就是指移动机器人根据采集的障碍物的状态信息,在行走过程中通过传感器感知到妨碍其通行的静态以及动态物体时,按照一定的方法进行有效地避障,最后达到目标地点。
实现避障以及导航的必要条件是环境感知,在未知或者是部分未知的环境下避障需要通过传感器获取周围环境信息,包括障碍物的尺寸、形状以及位置等信息,所以传感器技术在移动机器人避障中起着十分重要的作用。避障使用的传感器主要有超声传感器、视觉传感器、红外传感器、激光传感器等。
移动机器人避障常用的传感器
1、激光传感器
激光测距传感器就是利用激光来测量到被测物体的距离或者是被测物体的位移等参数。比较常用的测距方法就是由脉冲激光器发出持续时间极短的脉冲激光,经过待测距离后射到被测目标,回波返回,因为光电探测器接收。根据主波信号和回波信号之间的间隔,即激光脉冲从激光器到被测目标之间的往返时间,就可以算出待测目标的距离。因为光速很快,使得在测小距离时光束往返时间极短,所以这种方法不适合测量精度要求很高的(亚毫米级别)距离,一般如果要求精度非常高,常用三角法、相位法等方法测量。
2、视觉传感器
视觉传感器的优点就是探测范围广、获取信息丰富,实际应用当中常使用很多视觉传感器或者和其它传感器配合使用,通过一定的算法可以得到物体的形状、距离、速度等诸多信息。或是就是利用一个摄像机的序列图像来计算目标的距离和速度,还可以采用SSD算法,根据一个镜头的运动图像来计算机器人与目标的相对位移。不过在图像处理中,边缘锐化、特征提取等图像处理方法计算量大,实时性差,对于处理机要求高。而且视觉测距法检测不能检测到玻璃等透明障碍物的存在,另外受视场光线强弱、烟雾的影响很大。
3、红外传感器
大多数红外传感器测距都是基于三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束,在遇到物体以后,光束会反射回来。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后,就会获得一个偏移值L,利用三角关系,在知道了发射角度α,偏移距L,中心矩X,与滤镜的焦距f以后,传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。红外传感器的优点是不受可见光影响,白天黑夜都可测量,角度灵敏度高、结构简单、价格较便宜,可以快速感知物体的存在,但是测量时受环境影响很大,物体的颜色、方向、周围的光线都能导致测量误差,测量不够精确。
4、超声波传感器
超生波传感器检测距离原理是测出发出超声波至再检测到发出的超声波的时间差,与此同时根据声速计算出物体的距离。因为超声波在空气中的速度与温湿度有关,在比较精确的测量中,需要把温湿度的变化以及其它因素考虑进去。超声波传感器一般作用距离较短,普通的有效探测距离都在5-10m之间,但是会有一个最小探测盲区,一般在几十毫米。因为超声传感器的成本低,实现方法简单,技术成熟,是移动机器人中常用的传感器。
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