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傳感器讓機器人不斷地接近人類

穿越火线之 www.zupac.icu 發布時間:2018-05-17    閱讀次數:1958

    AI機器人競選市長了!沙特阿拉伯將成為世界第一個賦予機器人公民身份的國家!波士頓動力發布了新的視頻......

     近期機器人行業的每一道消息都吸引大家的眼球,把注意力都放在了機器人身上。他們有獨立的思考能力,良好的語言表達能力、對外界的感知能力。就如日本一個機器人“松田Michihito”提名為多摩市市長候選人,在競選中承諾將對所有市民一視同仁,不偏不倚,競選口號為“為每個人提供公平、均等的機會”。


    這是一個如假包換的機器人,機器人候選人“松田Michihito”開通了自己的官方推特宣傳賬號,還給出了自己競選的政見:讓政治變得更加公平。

     “松田Michihito”還列舉出了自己的幾大競選優勢:

    - 機器人沒有情緒也沒有欲望,在處理政務時,既不會夾帶私人感情也能防止腐敗;
    - 機器人不用休息,可以長時間高強度工作;
    - 相對人類隨著年齡增長的記憶力退化,機器人可以始終保持大量信息存儲......

    未來將有越來越多的機器人投入到各行各業中,像已問世的Google Assistant,新西蘭“薩姆”公務員機器人、德勤財物財務機器人、Hadrian X建筑機器人、波士頓機器人等。


    那么你可知道,機器人是依靠什么來感知外界環境,與我們互動的?“眼睛”,這是機器人很重要的一個“器官”,也就是傳感器。本文為大家介紹機器人的“眼睛”——避障傳感器。

    避障是機器人在未知或部分未知環境中移動和導航的基本要求。不管是工業機器人還是服務機器人,其行走過程中都需要使用傳感器感知周圍有可能妨礙其通行的物體,然后按一定的策略避開或繞開,以避免被阻擋或發生碰撞。障礙物的位置、尺寸和形狀等信息都需要通過傳感器來采集,因此避障傳感器是移動機器人的眼睛。

    實現避障與導航的必要條件是環境感知,在未知或者是部分未知的環境下避障需要通過傳感器獲取周圍環境信息,包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息,因此傳感器技術在移動機器人避障中起著十分重要的作用。避障使用的傳感器主要有超聲傳感器、視覺傳感器、紅外傳感器、激光傳感器等。

    移動機器人避障常用的傳感器

    1、 超聲波傳感器:利用超聲波測量原理,根據發射超聲波到接收到超聲波的時間差,計算出物體到超聲波之間的距離。


    2、紅外傳感器:大多基于三角測量原理,按照一定的角度發射紅外光束,遇到物體后光束反射回來并被CCD檢測器檢測到,獲得一個偏移值,再利用三角關系計算出傳感器到物體的距離。


    3、視覺傳感器:有多種視覺方案,常見的有雙目視覺、結構光深度相機和TOF深度相機幾種。其中基于結構光和TOF的方案都需要傳感器主動發光,而在戶外環境下,主動光源容易受到太陽光等其它光源的影響。


    4、激光傳感器:利用激光從發射到接收的飛行時間來測量反射物的距離。比較常用的測量方法是由脈沖激光器發出持續時間極短的脈沖激光,被目標物反射后返回,由光電探測器接收,即可根據主波信號和回波信號之間的間隔計算出激光脈沖的往返時間。另一種方法是發射調頻后的連續激光波,通過測量接收到的反射波之間的差頻來測量時間。



    避障傳感器的對比


傳感器類型優點缺點
超聲波傳感器可識別透明物體,不受環境光影
響,實施簡單,成本較低
作用距離較短,會受空氣中的溫濕度
影響
紅外傳感器白天黑夜均可測量,角度靈敏度
高,結構簡單,價格較便宜
物體的顏色、方向和周圍的光線都能
 導致測量誤差,準確度較低
視覺傳感器探測范圍廣,獲取信息豐富

受視場光線和煙霧的影響,難以探測
透明障礙物;圖像處理計算量大,實
時性差,對處理器要求高

激光傳感器精度和角分辨率較高,抗干擾性較

成本較高,對安裝精度要求較高;難
以檢測透明材料;需要通過三維掃描
來實現對三維物體的探測

    


    從原理上來說,每一種傳感器都有各自的缺陷。因此在真正應用的過程中,通常需要多種傳感器結合,對不同傳感器采集到的數據進行一個交叉驗證,以及信息的融合,保證機器人能夠穩定可靠的工作。而且未來的機器人想要做得更像人,要完成更復雜的任務,多種傳感器融合技術至關重要,比如日本Pepper機器人就配有1個3D攝像頭、2個超聲波傳感器、6個激光傳感器、3個緩沖傳感器、5個觸摸傳感器的2個陀螺儀。因此在設計傳感器模組時,必須考慮其易于集成和融合的能力。


Pepper被描述為“情感機器人”

    避障模組的應用和市場情況

    超聲波避障模組的一個重要應用領域是服務機器人。
    服務機器人是指可獨立自主進行室內和室外服務性工作的設備,一般指的是家政機器人,其中包括吸塵機器人、割草機器人、泳池清潔機器人、用于社會和寓教于樂為目的的機器人以及廚房機器人等。隨著人工智能技術快速發展,同時受到勞動力不足、人口老齡化等剛性需求的驅動,服務型機器人產業與應用逐步興起,目前已被廣泛應用于包括家政、醫療、餐飲等多個行業。根據IHS的數據,家政服務機器人市場預計將以年復合增長率17%的速度增長,出貨量從2015年的500萬臺增至2020年的超過1200萬臺。


全球家政服務機器人市場



    但總體來說,服務機器人的市場化程度仍然處于起步階段。這主要是由于服務機器人技術是多學科交叉集成技術,在多樣性、隨機性、復雜性的環境背景下,其對于環境感知的任務復雜度和實時性要求更高,還有一些技術瓶頸有待突破。預計未來10年至20年服務型機器人將迎來爆發式增長,但過程中需要不斷積累技術及培育市場。
    與服務機器人市場不同,工業機器人的市場體量較小,但技術相對成熟,需求更加集中,因此同樣值得關注。



    國際機器人聯合會IFR的報告顯示,2016年全球工業機器人銷量約29萬臺,同比增長14%,其中我國工業機器人銷量9萬臺,同比增長31%。目前工業機器人的主要產銷國集中在日本、韓國和德國,這三國的機器人保有量和年度新增量位居全球前列。
國內機器人銷售量

    我國工業機器人正處于國家政策紅利、工業轉型升級需求釋放、人口紅利減弱、市場需求增長的機遇疊加期,近兩年得到了平穩快速的發展。很多國內的機器人企業也通過自身的投入研發、聯合攻關,有了很大的技術提升。目前國內已經形成了沈陽新松、廣州啟帆、安徽埃夫特、南京埃斯頓等一批工業機器人骨干企業。 
    其中,隨著電子商務市場日漸擴大,倉儲物流機器人AGV的發展尤其值得關注。眾所周知,2014年是倉儲機器人的轉折點,從亞馬遜收購Kiva開始至此拉開了倉儲機器人的大幕,市場上開始越來越多機器人企業開始涉足智能物流領域,諸如極智嘉、??低擁?,呈現出了爆發式的增長態勢。新戰略機器人產業研究所數據統計:2016年電商倉儲機器人市場銷售量約為2000臺左右,至2017年則可望將增長至約為5000臺。

智嘉搬運機器人

    2016年三部委聯合印發了《機器人產業發展規劃(2016-2020年)》?!豆婊訪魅妨?020年自主品牌工業機器人年產量達到10萬臺,平均無故障時間(MTBF)達到8萬小時;服務機器人年銷售收入超過300億元,在助老助殘、醫療康復等領域實現小批量生產及應用的目標。其中,傳感器也被列為需要大力發展的五大關鍵零部件之一。
    超聲波傳感器多年來已經作為一種成熟的測距/避障方案應用于汽車的泊車輔助系統。其在機器人上的應用要求與汽車應用有一定的相似性,但又有所區別:
    1. 機器人的避障系統要求傳感器一直處于工作狀態,因此對產品的壽命要求較高;
    2.  根據使用場景和移動速度的不同,對傳感器探測范圍的要求各不相同,部分機器人如AGV小車,要求傳感器有較長的探測距離;
    3. 必須避免多機相遇時超聲波相互干擾。

    總結
    機器人避障傳感器主要分為超聲波、視覺、紅外、激光四種。這幾種傳感器各有優勢,實際應用中通常需要兩三種傳感器配合工作以保證探測的準確性。因此傳感器融合將會是未來的趨勢。
    機器人市場主要分為服務機器人和工業機器人兩大類。服務機器人需要應對較復雜的場景,技術和市場都還有很大的發展空間,但從目前的市場規模和增長速度來看,已經呈現出了很有誘惑力的市場前景。工業機器人在德國、日本、美國等國家經過了多年的發展,已經具備了比較成熟的技術基礎。近兩年適逢“智能制造”和“工業4.0”的興起,許多本土企業也在發力,同時隨著我國制造業的發展,中國也成為了最大的機器人市場,因此涌現了不少的市場機會。雖然工業機器人總體用量不大,但對產品的可靠性有一定的要求,因此有一定的技術壁壘,可避免陷入低價競爭。


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