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机器人通过什么技术感知外部世界

关键词:机器人 传感器 外部世界

时间:2019-04-15 15:00:43       来源:网络

人类因有眼睛、鼻子、耳朵等感觉器官,而获得了视觉、听觉、味觉、嗅觉等不同的外部感觉,机器人也因有传感器而看见、听见……这个世界。

根据检测对象的不同,机器人用传感器可分为内部传感器和外部传感器。内部传感器主要用来检测机器人各内部系统的状况,如各关节的位置、速度、加速度温度、电机速度、电机载荷、电池电压等,并将所测得的信息作为反馈信息送至控制器,形成闭环控制。而外部传感器是用来获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息,是机器人与周围交互工作的信息通道,用来执行视觉、接近觉、触觉、力觉等传感器,比如距离测量、声音、光线等。

那么帮助机器人行走的传感器为何物?它又是如何辅助机器人实现自主行走的?

在实现机器人行走的过程中,会涉及到视觉、超声波、激光雷达等传感器,激光雷达凭借激光良好的指向性和高度聚焦性,已经成为移动机器人的核心传感器,同时,它也是目前最稳定、可靠定位技术。激光雷达主要是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲,与微波雷达没有根本的区别:向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。

仅依靠激光雷达,机器人就能自己走了?

当然,仅仅依靠激光雷达,机器人还是无法实现自主行走的,对于移动机器人来说,激光雷达相当于它的“眼睛”,通过不停对外部环境进行扫描来获取二维空间的点阵数据,但这并不能直接被移动机器人使用。机器人想要在完全陌生的环境中(没有预先录入地图的情况下)实现智能导航,显然不是那么简单。

对于机器人的研发一直以来都是借鉴人类本身,我们可以通过眼睛看到周围的环境,如果想要去另一个地方,需要快速判断最佳路径,同时避开障碍物,才能顺利到达目的地。在人类的身体结构中,小脑占整个脑部神经元的50%,而它的主要作用就是为了帮助人类实现行走。所以在机器人的整体结构中,也需要用到这样的“小脑”。一个帮助机器人控制运动的核心中枢,思岚科技的 SLAMWARE 便充当了机器人的“小脑”,可以打包解决机器人构建地图、路径规划与自动避障这些问题。

硬币大小的SLAMWARE是一款模块化的机器人自主定位导航系统,内置基于激光雷达的同步定位与建图 (SLAM) 及配套的路径规划功能。尺寸这么小,原因就在于它的高度集成性,方便用户快速整合。其内置的先进算法可以快速处理各类传感器获取的环境信息,对室内的环境进行高速且动态的扫描,并在未知环境中实时提供定位,提供最高达2cm分辨率的环境地图且不存在误差累加问题,不需要预先探明地图,更不需要预先录入地图。同时,采用D*动态即时路径规划算法,可以自动搜索前往目标的最短路径并控制机器人行动。

小结

传感器犹如人类的感知器官,是机器人感知世界的重要媒介,而充当机器人“眼睛”的传感器——激光雷达,可帮助机器人实现对周围环境的全方位扫描测距检测,以获得周围环境的轮廓图,帮助机器人实现精确、快速建图。结合控制机器人运动的“小脑”,解决构建地图、路径规划与自动避障等问题,机器人便可实现自主行走。

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