移動(dòng)機(jī)器人在行走過(guò)程中，通過(guò)傳感器感知到在其規(guī)劃路線(xiàn)上存在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)，按照一定的算法實(shí)時(shí)更新路徑，繞過(guò)障礙物，最后達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)。這種動(dòng)態(tài)的導(dǎo)航規(guī)劃，或者說(shuō)避障，第一步都需要感知周邊環(huán)境。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，需要通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)獲取自身周?chē)系K物信息，包括但不限于尺寸、形狀等物理信息。避障使用的傳感器多種多樣，各有不同的原理與特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的有視覺(jué)傳感器、激光傳感器、紅外傳感器和超聲波傳感器。

　　紅外傳感器

　　紅外測(cè)距，一般采用三角測(cè)距原理。紅外發(fā)射器按照一定角度發(fā)射紅外光束，遇到物體之后，光會(huì)反向回來(lái)，檢測(cè)到反射光之后，通過(guò)結(jié)構(gòu)上的幾何三角關(guān)系，就可以計(jì)算出物體距離。

　　但受限于紅外檢測(cè)器的局限，當(dāng)物體距離足夠近的時(shí)候，傳感器會(huì)丟失物體的檢測(cè)位置，而當(dāng)物體過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，測(cè)量精度會(huì)明顯變差。因此，常見(jiàn)的紅外傳感器測(cè)量距離都比較近，小于超聲波，同時(shí)遠(yuǎn)距離測(cè)量也有最小距離的限制。另外，對(duì)于透明的或者近似黑體的物體，紅外傳感器是無(wú)法檢測(cè)距離的。

　　超聲波傳感器

　　超聲波傳感器的基本原理是測(cè)量超聲波的飛行時(shí)間，通過(guò)d=vt/2測(cè)量距離，其中d是距離，v是聲速，t是飛行時(shí)間。由于超聲波在空氣中的速度與溫濕度有關(guān)，在比較精確的測(cè)量中，需把溫濕度的變化和其它因素考慮進(jìn)去。

　　通過(guò)壓電或靜電變送器產(chǎn)生一個(gè)頻率在幾十kHz的超聲波脈沖組成波包，系統(tǒng)檢測(cè)高于某閾值的反向聲波，檢測(cè)到后使用測(cè)量到的飛行時(shí)間計(jì)算距離。超聲波傳感器一般作用距離較短，普通的有效探測(cè)距離都在幾米，但是會(huì)有一個(gè)幾十毫米左右的最小探測(cè)盲區(qū)。由于超聲傳感器的成本低、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，是移動(dòng)機(jī)器人中常用的傳感器。但超聲波的測(cè)量周期較長(zhǎng)，3米左右的物體聲波傳輸需要約20ms的時(shí)間。再者多個(gè)超聲傳感器之間有可能會(huì)互相干擾。

　　激光傳感器

　　常見(jiàn)的激光雷達(dá)是基于飛行時(shí)間的，通過(guò)測(cè)量激光的飛行時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)距。激光雷達(dá)包括發(fā)射器和接收器 ，發(fā)射器用激光照射目標(biāo)，接收器接收反向回的光波。機(jī)械式的激光雷達(dá)包括一個(gè)帶有鏡子的機(jī)械機(jī)構(gòu)，鏡子的旋轉(zhuǎn)使得光束可以覆蓋 一個(gè)平面，這樣就可以測(cè)量到一個(gè)平面上的距離信息。

　　激光雷達(dá)的測(cè)量距離可以達(dá)到幾十米甚至上百米，角度分辨率高，通?？梢赃_(dá)到零點(diǎn)幾度，測(cè)距的精度也高。但測(cè)量距離的置信度會(huì)反比于接收信號(hào)幅度的平方，因此，黑體或者遠(yuǎn)距離的物體距離測(cè)量不會(huì)像光亮的、近距離的物體那么好的估計(jì)。并且，對(duì)于透明材料，比如玻璃，激光雷達(dá)就無(wú)能為力了。由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、器件成本高，激光雷達(dá)的成本也很高。

　　一些低端的激光雷達(dá)會(huì)采用三角測(cè)距的方案進(jìn)行測(cè)距。但這時(shí)它們的量程會(huì)受到限制，一般幾米以?xún)?nèi)，并且精度相對(duì)低一些，但用于室內(nèi)低速環(huán)境的SLAM或者在室外環(huán)境只用于避障的話(huà)，效果還是不錯(cuò)的。

　　視覺(jué)傳感器

　　常用的計(jì)算機(jī)視覺(jué)方案也有很多種， 比如雙目視覺(jué)，基于TOF的深度相機(jī)，基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)等。深度相機(jī)可以同時(shí)獲得RGB圖和深度圖，不管是基于TOF還是結(jié)構(gòu)光，在室外強(qiáng)光環(huán)境下效果都并不太理想，因?yàn)樗鼈兌际切枰鲃?dòng)發(fā)光的。

　　像基于結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)，發(fā)射出的光會(huì)生成相對(duì)隨機(jī)但又固定的斑點(diǎn)圖樣，這些光斑打在物體上后，因?yàn)榕c攝像頭距離不同，被攝像頭捕捉到的位置也不相同，之后先計(jì)算拍到的圖的斑點(diǎn)與標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)圖案在不同位置的偏移，利用攝像頭位置、傳感器大小等參數(shù)就可以計(jì)算出物體與攝像頭的距離。主動(dòng)光源會(huì)受到太陽(yáng)光等條件的很大影響，所以雙目視覺(jué)這種被動(dòng)視覺(jué)方案更適合，因此大多數(shù)采用的視覺(jué)方案是基于雙目視覺(jué)的。

　　雙目視覺(jué)的測(cè)距本質(zhì)上也是三角測(cè)距法，兩個(gè)攝像頭看到的同一個(gè)點(diǎn)P，在成像的時(shí)候會(huì)有不同的像素位置，此時(shí)通過(guò)三角測(cè)距就可以測(cè)出這個(gè)點(diǎn)的距離。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，我們從攝像頭讀取到的是連續(xù)的視頻幀流，我們還可以通過(guò)這些幀來(lái)估計(jì)場(chǎng)景中 目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)，給它們建立運(yùn)動(dòng)模型，估計(jì)和預(yù)測(cè)它們的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度，這對(duì)我們實(shí)際行走、避障規(guī)劃是很有用的。

　　以上幾種是最常見(jiàn)的幾種傳感器 ，各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在真正實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，一般是綜合配置使用多種不同的傳感器 ，以最大化保證在各種不同的應(yīng)用和環(huán)境條件下，機(jī)器人都能正確感知到障礙物信息。