機械人通過什麼技術感知外部世界 實現自主行走

2021-09-18 01:15:28 字數 1593 閱讀 1112

人類因有眼睛、鼻子、耳朵等感覺器官,而獲得了視覺、聽覺、味覺、嗅覺等不同的外部感覺,機械人也因有感測器而看見、聽見...這個世界。

根據檢測物件的不同,機械人用感測器可分為內部感測器和外部感測器。內部感測器主要用來檢測機械人各內部系統的狀況,如各關節的位置、速度、加速度溫度、電機速度、電機載荷、電池電壓等,並將所測得的資訊作為反饋資訊送至控制器,形成閉環控制。而外部感測器是用來獲取有關機械人的作業物件及外界環境等方面的資訊,是機械人與周圍互動工作的資訊通道,用來執行視覺、接近覺、觸覺、力覺等感測器,比如距離測量、聲音、光線等。

那麼幫助機械人行走的感測器為何物?它又是如何輔助機械人實現自主行走的?

在實現機械人行走的過程中,會涉及到視覺、超聲波、雷射雷達感測器等,雷射雷達憑藉雷射良好的指向性和高度聚焦性,已經成為移動機械人的核心感測器,同時,它也是目前最穩定、可靠定位技術。雷射雷達主要是以發射雷射束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統。從工作原理上講,與微波雷達沒有根本的區別:向目標發射探測訊號(雷射束),然後將接收到的從目標反射回來的訊號(目標回波)與發射訊號進行比較,作適當處理後,就可獲得目標的有關資訊,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等引數,從而對目標進行探測、跟蹤和識別。

僅依靠雷射雷達,機械人就能自己走了?

當然,僅僅依靠雷射雷達,機械人還是無法實現自主行走的,對於移動機械人來說,雷射雷達相當於它的「眼睛」,通過不停對外部環境進行掃瞄來獲取二維空間的點陣資料,但這並不能直接被移動機械人使用。機械人想要在完全陌生的環境中(沒有預先錄入地圖的情況下)實現智慧型導航,顯然不是那麼簡單。

對於機械人的研發一直以來都是借鑑人類本身,我們可以通過眼睛看到周圍的環境,如果想要去另乙個地方,需要快速判斷最佳路徑,同時避開障礙物,才能順利到達目的地。在人類的身體結構中,小腦佔整個腦部神經元的50%,而它的主要作用就是為了幫助人類實現行走。所以在機械人的整體結構中,也需要用到這樣的「小腦」。乙個幫助機械人控制運動的核心中樞,思嵐科技的 slamware 便充當了機械人的「小腦」,可以打包解決機械人構建地圖、路徑規劃與自動避障這些問題。

硬幣大小的slamware是一款模組化的機械人自主定位導航系統,內建基於雷射雷達的同步定位與建圖 (slam) 及配套的路徑規劃功能。尺寸這麼小,原因就在於它的高度整合性,方便使用者快速整合。其內建的先進演算法可以快速處理各類感測器獲取的環境資訊,對室內的環境進行高速且動態的掃瞄,並在未知環境中實時提供定位,提供最高達2cm解析度的環境地圖且不存在誤差累加問題,不需要預先探明地圖,更不需要預先錄入地圖。同時,採用d*動態即時路徑規劃演算法,可以自動搜尋前往目標的最短路徑並控制機械人行動。

小結

感測器猶如人類的感知器官,是機械人感知世界的重要媒介,而充當機械人「眼睛」的感測器——雷射雷達,可幫助機械人實現對周圍環境的全方位掃瞄測距檢測,以獲得周圍環境的輪廓圖,幫助機械人實現精確、快速建圖。結合控制機械人運動的「小腦」,解決構建地圖、路徑規劃與自動避障等問題,機械人便可實現自主行走。

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