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[導(dǎo)讀] (文章來(lái)源:未來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)) 移動(dòng)機(jī)器人需要通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)獲取周圍的障礙物信息,包括尺寸、形狀和位置信息,來(lái)實(shí)現(xiàn)避障。避障使用的傳感器有很多種,目前常見(jiàn)的有視覺(jué)傳感器、激光傳感器、紅外傳

(文章來(lái)源:未來(lái)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng))

移動(dòng)機(jī)器人需要通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)獲取周圍的障礙物信息,包括尺寸、形狀和位置信息,來(lái)實(shí)現(xiàn)避障。避障使用的傳感器有很多種,目前常見(jiàn)的有視覺(jué)傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等。超聲波傳感器的基本原理是測(cè)量超聲波的飛行時(shí)間,通過(guò)d=vt/2測(cè)量距離,其中d是距離,v是聲速,t是飛行時(shí)間。

上圖是超聲波傳感器信號(hào)的一個(gè)示意。通過(guò)壓電或靜電變送器產(chǎn)生一個(gè)頻率在幾十kHz的超聲波脈沖組成波包,系統(tǒng)檢測(cè)高于某閾值的反向聲波,然后使用測(cè)量到的飛行時(shí)間計(jì)算距離。超聲波傳感器一般作用距離較短,普通的有效探測(cè)距離幾米,但是會(huì)有一個(gè)幾十毫米左右的最小探測(cè)盲區(qū)。由于超聲傳感器成本低、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟,是移動(dòng)機(jī)器人中常用的傳感器。

紅外傳感器,一般的紅外測(cè)距都是采用三角測(cè)距的原理。紅外發(fā)射器按照一定角度發(fā)射紅外光束,遇到物體之后,光會(huì)反向回來(lái),檢測(cè)到反射光之后,通過(guò)結(jié)構(gòu)上的幾何三角關(guān)系,就可以計(jì)算出物體距離D。

當(dāng)D的距離足夠近的時(shí)候,上圖中L值會(huì)相當(dāng)大,如果超過(guò)CCD的探測(cè)范圍,雖然物體很近,傳感器反而看不到了。當(dāng)物體距離D很大時(shí),L值就會(huì)很小,測(cè)量精度會(huì)變差。因此,常見(jiàn)的紅外傳感器的測(cè)量距離都比較近,小于超聲波,同時(shí)遠(yuǎn)距離測(cè)量也有最小距離的限制。另外,對(duì)于透明的或者近似黑體的物體,紅外傳感器是無(wú)法檢測(cè)距離的。但相對(duì)于超聲來(lái)說(shuō),紅外傳感器具有更高的帶寬。

激光傳感器,常見(jiàn)的激光雷達(dá)是基于飛行時(shí)間的(ToF,time of flight),通過(guò)測(cè)量激光的飛行時(shí)間來(lái)測(cè)距d=ct/2,類似前面提到的超聲測(cè)距公式,其中d是距離,c是光速,t是從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔。

比較簡(jiǎn)單的方案是測(cè)量反射光的相移,傳感器以已知的頻率發(fā)射一定幅度的調(diào)制光,并測(cè)量發(fā)射和反向信號(hào)之間的相移,如上圖。調(diào)制信號(hào)的波長(zhǎng)為lamda=c/f,其中c是光速,f是調(diào)制頻率,測(cè)量到發(fā)射和反射光束之間的相移差theta之后,距離可由lamda*theta/4pi計(jì)算得到,如上圖。

視覺(jué)傳感器,常用的計(jì)算機(jī)視覺(jué)方案也有很多種, 比如雙目視覺(jué),基于TOF的深度相機(jī),基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)等。

基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)發(fā)射出的光會(huì)生成相對(duì)隨機(jī)但又固定的斑點(diǎn)圖樣,光斑打在物體上,因?yàn)榕c攝像頭距離不同,被攝像頭捕捉到的位置也不相同。先計(jì)算斑點(diǎn)與標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖案在不同位置的偏移,利用攝像頭位置、傳感器大小等參數(shù)就可以計(jì)算出物體與攝像頭的距離。

雙目視覺(jué)的測(cè)距本質(zhì)上也是三角測(cè)距法,由于兩個(gè)攝像頭的位置不同,就像人的兩只眼睛一樣,看到的物體也不一樣。兩個(gè)攝像頭看到的同一個(gè)點(diǎn)P,在成像的時(shí)候會(huì)有不同的像素位置,此時(shí)通過(guò)三角測(cè)距就可以測(cè)出這個(gè)點(diǎn)的距離。

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