機器人如何感知周圍環(huán)境 可能比想象的要困難

不同的方法可以幫助機器人理解物體、形狀以及它們的位置。

機器人可以做出驚人的事情，例如在工廠中與人合作進行作業(yè)，在倉庫內(nèi)快速運送包裹，以及探索火星表面。盡管機器人取得這些諸多成就，但和人類相比較還顯得稚嫩。對于機器人而言，能夠感知和理解周圍的世界對于簡化集成至關重要。如何讓機器人可以做出一杯像樣的咖啡，諸如打開咖啡機、分發(fā)咖啡豆、尋找牛奶和糖等習慣性行為需要一定的感知能力，而這對許多機器來說仍是幻想。

然而，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這種情況正在改變。一些新的技術(shù)可以被用來幫助機器人更好地感知他們工作的周圍環(huán)境。這包括了解周圍的物體，測量距離等。下面我們將介紹一些技術(shù)應用實例。

激光雷達：基于光和激光的距離傳感器

一些公司開發(fā)了激光雷達（基于光和激光的距離測量和物體檢測）技術(shù)，以幫助機器人和自動車輛感知周圍的物體。激光雷達的原理就是簡單地將光照在表面，并測量返回光源所需的時間。

通過連續(xù)向一個表面快速發(fā)射激光脈沖，傳感器可以建立一個復雜的被測表面“地圖”。目前主要有三種類型的傳感器:單波束傳感器;多波束傳感器;和旋轉(zhuǎn)傳感器。

單光束傳感器產(chǎn)生一束光，通常用于測量到大型物體的距離，如墻壁、地板和天花板。在單個光束傳感器中，光束可以被分成:高度準直的光束，這與激光指示器中使用的光束類似(也就是說，光束在整個范圍內(nèi)都保持較小)；LED和脈沖二極管光束類似于手電筒(也就是說，光束會發(fā)散很遠)。

多光束傳感器同時產(chǎn)生多個檢測光束，是避免物體和碰撞的理想選擇。最后，旋轉(zhuǎn)傳感器在設備旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生單個光束，并且經(jīng)常用于物體檢測和避障。

機器人視覺傳感器

在制造業(yè)中 ，機器人會被分配用于繁瑣重要的任務，最主要的任務之一就是物體的拾取。具體地說，機器人需要知道物體的位置以及是否準備好拾取物體。這需要各種傳感器的工作來幫助機器檢測物體的位置和方向。機器人可能已經(jīng)內(nèi)置了具有視覺檢測功能的傳感器，如果您只是想要檢測物體是否存在，那么視覺傳感器已經(jīng)是一個非常好的解決方案。

機器人視覺傳感器通常用于工業(yè)機器人中，并且可以檢測零件是否已到達特定位置。這些傳感器有許多不同類型，每種傳感器都具有獨特的功能，包括檢測物體的存在、形狀、距離、顏色和方向。

機器人視覺傳感器為各行各業(yè)的協(xié)作機器人提供了多項高科技優(yōu)勢。2D和3D視覺都允許機器人操縱不同的部件，無需重新編程，拾取未知位置和方向的物體，并糾正不準確性。

3D視覺與機器人視覺的未來

把機器人引入我們生活中更為親密的方面（比如在家庭機器人），需要對三維物體有更深入、更細致的理解。雖然機器人可以通過攝像機和傳感器“看到”物體，但要解釋他們從一次一瞥中看到的東西還很困難。杜克大學的一名研究生和他導師開發(fā)了一種機器人感知算法，可以猜出一個物體是什么，它是如何定向的，并且可以“想象”出任何可能看不見的物體部分。

該算法是通過使用4000個常見家用物品的完整3D掃描而開發(fā)的，包括：各種床、椅子、桌子、顯示器、梳妝臺、床頭柜、桌子、浴缸和沙發(fā)。每一次掃描都被分解成成千上萬個體素，疊加在一起，以便于處理。利用概率主成分分析，該算法學習了對象的類別及其異同。這使它能夠理解一個新對象是什么，而不必篩選它的整個目錄進行匹配。

雖然還處于初級階段，但這種算法（或類似性質(zhì)的算法）的實現(xiàn)將機器人技術(shù)進一步推向與人類協(xié)同工作的方向，在結(jié)構(gòu)和可預測性遠不如實驗室、工廠或制造廠。

感知周圍物體和環(huán)境并與之交互的能力對于機器人的功能及其與人類一起工作的應用至關重要。隨著技術(shù)的進步，毫無疑問將需要增加機器人教育和識字能力，以及機器人技術(shù)人員。