实现机器人自主感知避障，传感的多样选择

电子发烧友网报道（文/李宁远）在科技水平日新月异的发展下，机器人已经在众多行业里担当起得力助手一职。不论是工业产线上的生产、消费领域的服务，还是日常生活中的陪伴，机器人正在承担更多的任务扮演更重要的角色。
 
为了让机器人能够高效、安全地完成任务，感知避障环节显得尤为关键。其实应用在传统的机器人里传感器的种类与数量已经不少，压力、温度、速度等等方面都少不了传感器提供的关键数据。随着机器人的升级换代，机器人感知避障的能力越来越重要。
 
实现机器人自主感知与避障
 
机器人的避障功能是建立在能感知周围环境基础之上，感知后经过数据处理分析体现为机器人在自主移动时能够感知和规避障碍物的能力。这一功能的完善与否直接关系到机器人的操作效率和安全性。一个具备高效避障功能的机器人，可以在没有人为干预的情况下，自如地在各种环境中穿行，不仅大幅提升了工作效率，同时也显著降低了因碰撞而可能导致的损伤和故障，保障了机器人的长寿命运作。
 
以工业领域为例，机器人避障是有很多方案的，包括并不限于这个超声波避障、红外避障、激光避障、视觉避障等等。众所周知超声波和红外方案，整体的成本比较低，所以在工业机器人上面应用得也比较多。
 
超声波避障对于固体障碍物以及透明表面有很好的识别性，即便是在充满烟雾的环境中，超声波仍然能很好地检测环境中的物体。红外技术的感测响应快，成本也很低，现在已经能够做到有效区分开检测信号与干扰信号，非线性以及对目标反射率依赖的缺点也比以前有很大进步。
 
雷达技术作为性价比高的感知手段，在探测、跟踪、定位功能上已经足够成熟并且适用性极广，在机器人中同样应用得很多。在机器人应用中，一般以中远程雷达更为常见。现在毫米波雷达传感也在机器人感知避障中应用起来。这种感知受环境条件影响较小，在室外移动和黑灯自动化工厂的机器人应用中，效果明显。
 
此外其高精度和高分辨率能对检测物体做出更密集的点云检测，收集到的点信息密度可提供高保真度，这种清晰的避障数据收集对于移动机器人避障来说是非常重要的决策依据，足够可靠的数据也保证了机器人自主性的提升。
 
应用于机器人避障的激光芯片
 
激光避障，在机器人领域应用得非常多，虽然成本会稍微略高，但是它可以实现更精准、更一致的避障效果，可以给系统提供更高的识别度和更好的一致性。不论是边发射激光EEL还是垂直腔面发射激光芯片VCSEL都有很多应用。
 
EEL在高功率密度、高脉冲功率上相比之下更具优势，这种光源技术在环境光下也很稳定，温漂稍差。VCSEL在环境光下也很稳定，温漂更稳定，还有特点是功率扩展性很高，可以做不同功率级别的器件，此外它的光束质量相对EEL会更高。
 
激光技术给感知避障设计带来了很高的附加值，激光技术更加均匀的光斑让图像质量更高；极窄的光谱带宽让其在环境光下更加稳定，温漂更小；高温下更稳定的特性，适配更多应用场景的设计；高速接换的带宽提供了更高的设计上限，能支持高频调试，最典型的就是ToF方面的应用。
 
在激光雷达众多技术路线中，每个光源都有它合适的应用场景，除了要考虑激光雷达的特性与基础要求，还要从用户需求出发，首先要考虑的是不同机器人需要什么样的激光雷达，还有扫描方式从机械旋转到MEMS再到全固态的考量。
 
小结
 
机器人的感知避障能力是核心竞争力，这里面感知、定位、绘图、导航、识别、避障等每个功能都离不开精准的环境数据收集。众多传感器件为机器人系统提供了尽可能详尽的环境数据，在未来这些传感还会进一步融合，并配合ML推理实现深度的环境分析，机器人也将会达到实时感知周围任何目标的智能程度。