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移动机器人如何实现自主导航?

移动机器人智能的一个重要标志是智能导航,而实现机器人智能导航有个基本要求——避障。

目前,避障使用的传感技术主要有激光传感技术、视觉传感技术、超声传感技术、红外传感技术等。

下面让我们来了解下这几大类传感技术:

1、激光传感技术

激光测距传感技术利用激光来测量到被测物体的距离或者被测物体的位移等参数。比较常用的测距方法是TOF激光雷达测距和三角法激光雷达测距。

(1) TOF测距激光雷达的工作原理:通过电机带动旋转,将激光脉冲不断投射到障碍物同时接收反射回的激光脉冲,将光速与飞行时间差相乘,求得雷达到相应障碍物的距离。

移动机器人如何实现自主导航?

图1 TOF测距激光雷达的工作原理

(2)三角法测距激光雷达的工作原理:主要针对室内的中近距离测距。

移动机器人如何实现自主导航?

图2 三角法测距激光雷达的工作原理

2、视觉传感技术

移动机器人如何实现自主导航?

图3 视觉传感技术测距的工作原理

视觉传感技术,使用多个视觉传感器或与其它传感器配合使用,通过一定算法可得到物体的形状、距离、速度等诸多信息。或是利用一个摄像机的序列图像来计算目标的距离和速度。

但在图像处理中,边缘锐化、特征提取等图像处理方法计算量大,实时性差,对处理机要求高。

另外,视觉测距法检测不到玻璃等透明障碍物的存在,另外受视场光线强弱、烟雾的影响大。

3、超声波传感技术

移动机器人如何实现自主导航?

图4 超声波传感技术测距的工作原理

超生波传感技术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,同时根据声速计算出物体的距离。

由于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,需把温湿度的变化和其它因素考虑进去。

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。

4、红外传感技术

移动机器人如何实现自主导航?

图5 红外传感技术测距的工作原理

大多数红外传感技术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,当遇到物体以后,光束会反射回来。

但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。

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