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一提到機(jī)器人，你可能會(huì)想到工廠(chǎng)車(chē)間里巨大的機(jī)械臂和。如今，隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，輔助傳感器技術(shù)也在不斷發(fā)展。互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）毫米波（mmWave）雷達(dá)傳感器是一種新型的機(jī)器人感測(cè)技術(shù)。

與視覺(jué)傳感器和光學(xué)雷達(dá)（LiDAR）傳感器相比，毫米波傳感器的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是不受雨水、灰塵、煙霧和霜凍等環(huán)境條件的影響。另外，毫米波傳感器在任何照明條件下都可以工作，的外殼，可以直接固定在機(jī)器人塑料外殼背面，無(wú)需配置外部鏡頭、開(kāi)孔或表面?zhèn)鞲衅鳌：撩撞▊鞲衅鞯倪@些特性使得它能夠很好的應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人工作中，它消除了機(jī)器人在與人，能夠讓機(jī)器人準(zhǔn)確地繪制環(huán)境路線(xiàn)并進(jìn)行導(dǎo)航。

使用毫米波傳感器確保機(jī)器人工作單元安全性

隨著機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越普遍，它們與人類(lèi)的交互活動(dòng)也越來(lái)越多——無(wú)論在大批量還是在靈活小批量的處理自動(dòng)化任務(wù)中——至關(guān)重要的一點(diǎn)是要確保機(jī)器人不會(huì)對(duì)與之一同工作的人類(lèi)造成傷害。

以前需要在機(jī)器人操作區(qū)域周?chē)O(shè)置安全屏障或禁區(qū)確保人與機(jī)器人的分隔（圖1）。

1.過(guò)去確保安全的方法是在機(jī)械臂周?chē)O(shè)安全籠，雖然這一舉措能夠確保安全，但是也限制了人機(jī)交互。

傳感器能用虛擬的安全屏障或安全氣泡將正在執(zhí)行計(jì)劃外行為的機(jī)器人與人類(lèi)隔開(kāi)，并能在機(jī)器人密度大幅提高及工，避免機(jī)器人之間的碰撞。視覺(jué)安全系統(tǒng)需要控制機(jī)器人照明設(shè)備，這會(huì)增加能耗、產(chǎn)生熱量并需要維護(hù)。在塵土飛揚(yáng)的制造環(huán)境中諸如紡織品或地毯制造中，透鏡需要經(jīng)常清潔和檢查。

毫米波傳感器堅(jiān)固耐用且不受工廠(chǎng)車(chē)間內(nèi)光線(xiàn)、濕度、煙霧和灰塵等環(huán)境的影響，因此非常適合替換視覺(jué)安全系統(tǒng)。此外，毫米波傳感器的檢測(cè)能夠縮——通常保持在2毫秒以下。毫米波傳感器具有探測(cè)視野寬、距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，將它固定安裝在機(jī)器人工作單元上方可以大幅簡(jiǎn)化機(jī)器人安裝調(diào)試過(guò)程。一個(gè)毫米波傳感器能夠檢測(cè)多個(gè)物體或人類(lèi)，傳感器數(shù)量的減少能大幅降低項(xiàng)目成本。

使用毫米波傳感器測(cè)量地面速度

準(zhǔn)確的測(cè)距信息對(duì)于機(jī)器人平臺(tái)的自主運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要，獲取測(cè)距信息的主要途徑是通過(guò)測(cè)量機(jī)器人平臺(tái)上的輪子或皮帶的轉(zhuǎn)數(shù)。然而，如果輪子在松散的砂礫、泥土或潮濕區(qū)，這種低成本的方法就無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量了。

另外一種更加先進(jìn)的測(cè)距系統(tǒng)，額外配置了慣性測(cè)量單元（IMU），能夠保證其測(cè)距精準(zhǔn)性。當(dāng)機(jī)器人經(jīng)過(guò)不平坦的地形或者很多底盤(pán)，毫米波傳感器可以通過(guò)向地面發(fā)送調(diào)頻信號(hào)并測(cè)量返回信號(hào)的多普勒頻移，為機(jī)器人提供額外的里程信息。

2.圖中機(jī)器人平臺(tái)上的雷達(dá)配置可以計(jì)算出地面速度且這種方法與車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)無(wú)關(guān)。

圖2顯示了在毫米波雷達(dá)傳感器在機(jī)器人平臺(tái)上的多個(gè)潛在安裝位置。無(wú)論將雷達(dá)安裝在機(jī)器人平臺(tái)前方（如圖所示），還是平臺(tái)后方（農(nóng)用車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)做法），都是一種折中的安裝方法。如果雷達(dá)被安裝在平臺(tái)前方，則可以使用相同的毫米波傳感器來(lái)檢測(cè)表面邊緣，并能夠最大限度避免平臺(tái)的不可逆損壞。如果雷達(dá)被安裝在平臺(tái)后方，平臺(tái)的重心位置則是最佳安裝位置，能夠最大限度地減少測(cè)量的俯仰和偏擺，這種安裝方法在機(jī)器人農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有非常大的優(yōu)勢(shì)。

毫米波傳感器被用于收集物體的點(diǎn)云信息

當(dāng)行人在毫米波傳感，會(huì)在傳感器中形成多個(gè)反射點(diǎn)，根據(jù)傳感器的反饋，利用常用的機(jī)器人操作系統(tǒng)可視化（RVIZ）工具就可以將檢測(cè)到的點(diǎn)繪制成3D圖像（圖3）。

3.德州儀器（TI）的IWR1443BOOSTEVM采集了人員點(diǎn)云，并通過(guò)RVIZ顯示

這種點(diǎn)云圖像只需1/4秒就能將所有點(diǎn)云匯聚并顯示，通過(guò)收集到的點(diǎn)的密度就能夠準(zhǔn)確直觀(guān)地反映出腿部和手臂的運(yùn)動(dòng)情形，并將此種運(yùn)動(dòng)情景歸類(lèi)為人體運(yùn)動(dòng)。3D情景中，開(kāi)放空間的清晰度對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)是非常重要的數(shù)據(jù)，它能夠確保機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃路徑及運(yùn)動(dòng)。

使用毫米波傳感器繪制障礙物模型圖

4.在Turtlebot2上安裝了一個(gè)毫米波雷達(dá)IWR1443BOOST評(píng)估板，它可以精確地繪制

移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)毫米波傳感器檢測(cè)到的物體點(diǎn)信息可以精確地繪制房間內(nèi)的障礙物，，還能利用識(shí)別的自由空間進(jìn)行自主規(guī)劃路徑和導(dǎo)航（圖4）。

5.使用ROS中的OctoMap庫(kù)，可以得出毫米波雷達(dá)點(diǎn)云圖像中障礙物位置。請(qǐng)點(diǎn)擊此處輸入圖片描述

如圖5所示，配備有毫米波傳感器的機(jī)器人通過(guò)掃描部分區(qū)域，并檢測(cè)區(qū)域中的靜止障礙物，能夠準(zhǔn)確地形成該區(qū)域中障礙物位置的3D模型圖。通過(guò)這張3D模型圖，移動(dòng)機(jī)器人在自主導(dǎo)航到達(dá)特定目的地的過(guò)程中精準(zhǔn)地避開(kāi)靜止的障礙物（圖6），也包括闖入機(jī)器人行駛路徑的動(dòng)態(tài)障礙物。

6.配置了ROS路徑規(guī)劃庫(kù)的Turtlebot2機(jī)器人通過(guò)IWR1443BOOSTEVM障