【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】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(guò)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。　　
　　移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域，人們很早就開(kāi)始移動(dòng)機(jī)器人的研究。世界上臺(tái)真正意義上的移動(dòng)機(jī)器人是斯坦福研究院（SRI）的人工智能中心于1966年到1972年研制的，名叫Shakey，它裝備了電視攝像機(jī)、三角測(cè)距儀、碰撞傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及編碼器，并通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)由二臺(tái)計(jì)算機(jī)控制，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的自主導(dǎo)航。Shakey的研制過(guò)程中還誕生了兩種經(jīng)典的導(dǎo)航算法：A*算法和可視圖法。雖然Shakey只能解決簡(jiǎn)單的感知、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制問(wèn)題，但它卻是當(dāng)時(shí)將AI應(yīng)用于機(jī)器人的為成功的研究平臺(tái)，它證實(shí)了許多通常屬于人工智能領(lǐng)域的嚴(yán)肅的科學(xué)結(jié)論。從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，以及新的機(jī)器人導(dǎo)航算法的不斷推出，移動(dòng)機(jī)器人研究開(kāi)始進(jìn)入快車道。
　　
　　移動(dòng)機(jī)器人智能的一個(gè)重要標(biāo)志就是自主導(dǎo)航，而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航有個(gè)基本要求——避障。下面讓我們來(lái)了解一下移動(dòng)機(jī)器人的避障，避障是指移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)采集的障礙物的狀態(tài)信息，在行走過(guò)程中通過(guò)傳感器感知到妨礙其通行的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體時(shí)，按照一定的方法進(jìn)行有效地避障，后達(dá)到目標(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(guò)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。避障使用的傳感器主要有超聲傳感器、視覺(jué)傳感器、紅外傳感器、激光傳感器等。
　　
　　移動(dòng)機(jī)器人避障常用的傳感器
　　
　　1、激光傳感器
　　
　　激光測(cè)距傳感器利用激光來(lái)測(cè)量到被測(cè)物體的距離或者被測(cè)物體的位移等參數(shù)。比較常用的測(cè)距方法是由脈沖激光器發(fā)出持續(xù)時(shí)間極短的脈沖激光，經(jīng)過(guò)待測(cè)距離后射到被測(cè)目標(biāo)，回波返回，由光電探測(cè)器接收。根據(jù)主波信號(hào)和回波信號(hào)之間的間隔，即激光脈沖從激光器到被測(cè)目標(biāo)之間的往返時(shí)間，就可以算出待測(cè)目標(biāo)的距離。由于光速很快，使得在測(cè)小距離時(shí)光束往返時(shí)間極短，因此這種方法不適合測(cè)量精度要求很高的（亞毫米級(jí)別）距離，一般若要求精度非常高，常用三角法、相位法等方法測(cè)量。
　　
　　2、視覺(jué)傳感器
　　
　　視覺(jué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)范圍廣、獲取信息豐富，實(shí)際應(yīng)用中常使用多個(gè)視覺(jué)傳感器或者與其它傳感器配合使用，通過(guò)一定的算法可以得到物體的形狀、距離、速度等諸多信息?；蚴抢靡粋€(gè)攝像機(jī)的序列圖像來(lái)計(jì)算目標(biāo)的距離和速度，還可采用SSD算法，根據(jù)一個(gè)鏡頭的運(yùn)動(dòng)圖像來(lái)計(jì)算機(jī)器人與目標(biāo)的相對(duì)位移。但在圖像處理中，邊緣銳化、特征提取等圖像處理方法計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性差，對(duì)處理機(jī)要求高。且視覺(jué)測(cè)距法檢測(cè)不能檢測(cè)到玻璃等透明障礙物的存在，另外受視場(chǎng)光線強(qiáng)弱、煙霧的影響很大。
　　
　　3、紅外傳感器
　　
　　大多數(shù)紅外傳感器測(cè)距都是基于三角測(cè)量原理。紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束會(huì)反射回來(lái)，如圖所示。反射回來(lái)的紅外光線被CCD檢測(cè)器檢測(cè)到以后，會(huì)獲得一個(gè)偏移值L，利用三角關(guān)系，在知道了發(fā)射角度α，偏移距L，中心矩X，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過(guò)幾何關(guān)系計(jì)算出來(lái)了。紅外傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不受可見(jiàn)光影響，白天黑夜均可測(cè)量，角度靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較便宜，可以快速感知物體的存在，但測(cè)量時(shí)受環(huán)境影響很大，物體的顏色、方向、周圍的光線都能導(dǎo)致測(cè)量誤差，測(cè)量不夠。