科學(xué)技術(shù)的日新月異，時(shí)代正在向電子化，自動(dòng)化，信息化，智能化等領(lǐng)域發(fā)展，近年通信技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)也在迅猛的發(fā)展，使得自助式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)達(dá)到使用化程度，傳感器技術(shù)在其中發(fā)揮著重要的作用，其中，移動(dòng)機(jī)器人智能化的一個(gè)重要標(biāo)志便是自主導(dǎo)航，而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航有個(gè)基本要求：避障。避障，是指移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)采集的障礙物的狀態(tài)信息，在行走過(guò)程中通過(guò)傳感器感知到妨礙其通行的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體時(shí)，按照一定的方法進(jìn)行有效地避障，達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)。

移動(dòng)機(jī)器人避障與導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)方式：實(shí)現(xiàn)避障與導(dǎo)航的必要條件是環(huán)境感知，在未知或者是部分未知的環(huán)境下避障需要通過(guò)傳感器獲取周圍環(huán)境信息，包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息。避障使用的傳感器主要有超聲波傳感器、視覺(jué)傳感器、紅外傳感器、激光傳感器等。下面我們具體說(shuō)說(shuō)這幾個(gè)傳感器的工作原理.

超聲波傳感器

超聲波傳感器檢測(cè)距離原理是：測(cè)出發(fā)出超聲波至再檢測(cè)到發(fā)出的超聲波的時(shí)間差，同時(shí)根據(jù)聲速計(jì)算出物體的距離。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。

超聲波傳感器一般適用于探測(cè)距離較長(zhǎng)的應(yīng)用，一般有效探測(cè)距離為32cm到6米，其中會(huì)有一個(gè)幾十毫米左右的小探測(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。此外，超聲波的測(cè)量周期，不同材料對(duì)聲波的反射或者吸引是不相同的，還有多個(gè)超聲傳感器之間有可能會(huì)互相干擾，這都是實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中需要考慮的。

紅外線傳感器

紅外測(cè)距都是采用三角測(cè)距的原理。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D。

當(dāng)D的距離足夠近的時(shí)候，上圖中L值會(huì)相當(dāng)大，如果超過(guò)CCD的探測(cè)范圍，這時(shí)，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當(dāng)物體距離D很大時(shí)，L值就會(huì)很小，測(cè)量量精度會(huì)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。但相對(duì)于超聲來(lái)說(shuō)，紅外傳感器具有更高的帶寬。

激光傳感器

常見(jiàn)的激光雷達(dá)是基于飛行時(shí)間的（ToF，time of flight），通過(guò)測(cè)量激光的飛行時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)距d=ct/2，類似于前面提到的超聲測(cè)距公式，其中d是距離，c是光速，t是從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔。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，這樣我們就可以測(cè)量到一個(gè)平面上的距離信息?！?duì)飛行時(shí)間的測(cè)量也有不同的方法，比如使用脈沖激光，然后類似前面講的超聲方案，直接測(cè)量占用的時(shí)間，但因?yàn)楣馑龠h(yuǎn)高于聲速，需要非常高精度的時(shí)間測(cè)量元件，所以非常昂貴；另一種發(fā)射調(diào)頻后的連續(xù)激光波，通過(guò)測(cè)量接收到的反射波之間的差頻來(lái)測(cè)量時(shí)間。

視覺(jué)傳感器

視覺(jué)傳感器是指：通過(guò)對(duì)攝像機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行圖像處理，來(lái)計(jì)算對(duì)象物的特征量（面積、重心、長(zhǎng)度、位置等），并輸出數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果的傳感器。

以上幾種是常見(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。

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