如同人天生就会躲避物体一样,机器人同样需要避障功能,这也是实现自主移动的重要部分。无论是机器人的应用场景是工厂、商场、还是超市,面对人流攒动,布局复杂的环境,想要完成作业,就需要具备可靠稳健的避障技术。
从概念上来说,机器人避障技术是指机器人根据传感器采集的障碍信息,包括尺寸、形状和位置等信息,利用避障算法实时地规划运动路径避开障碍物,从而保证安全运行。
根据传感器不同,目前避障技术可分为多种:
超声波避障:通过传感器发射出超声波并进行反射检测,利用声速计算出障碍物的距离信息, 系统从而实时调整运动路径规避障碍物。超声波工作距离一般小于10米,优点在于技术成熟,硬件成本低。
红外避障:本质上红外避障技术原理也是利用反射原理。根据发射器和接收器得到的偏移值,利用几何关系计算出与障碍物的距离信息。红外传感器抗干扰能力强,但工作距离一般比超声波避障小,缺点是难以检测高反物体,如玻璃、镜子等。
激光雷达避障:激光雷达同样具有发射器和接收器,发射器用激光照射目标,接收器接收反射光波。根据发射和接收的时间差和角度差,计算出距离信息。激光雷达避障工作距离大,延迟低、效果稳定,是目前的主流方案,而缺点和红外避障一样,难以检测高反物体。
视觉避障:这里我们只以应用更加广泛的双目方案为例。双目测距的原理是采用三角测距法,其优点是信息量丰富,可以根据识别到的不同障碍物(如拖鞋、插线板、花瓶等)实现智能化策略避障,缺点是算力要求高、稳定性不足,且易受光线影响。
避障常用算法有哪些?
Bug算法:Bug算法较为简单,其原理是在系统检测到障碍物后,围绕障碍物的轮廓行走,从而绕开它。缺点是做法比较笨,导致效率很低,且Bug算法只能用于二维路径,不适用三维。
势场法:势场法把机器人处理在势场下的一个点,随着势场而移动,目标表现为低谷值,即对机器人的吸引力,而障碍物扮演的势场中的一个高峰,即斥力,所有这些力迭加于机器人身上,平滑地引导机器人走向目标,同时避免碰撞已知的障碍物。当机器人移动过程中检测新的障碍物,则需要更新势场并重新规划。
神经网络算法:通过模仿生物神经网络的结构和功能的数学模型或计算模型,以通过训练神经网络来学习避障策略,实现机器人的避障控制。
向量场直方图:这种算法是一种由人工势场法改进而来的机器人导航算法,通过传感器数据构建一个直方图,这个直方图描述了机器人周围的障碍物的分布。然后,它将直方图转化为一个称为向量场直方图的数据结构。基于这个数据结构,机器人可以确定最佳的、无碰撞的移动方向。
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