机器人如何感知周围环境 可能比想象的要困难

不同的方法可以帮助机器人理解物体、形状以及它们的位置。

机器人可以做出惊人的事情，例如在工厂中与人合作进行作业，在仓库内快速运送包裹，以及探索火星表面。尽管机器人取得这些诸多成就，但和人类相比较还显得稚嫩。对于机器人而言，能够感知和理解周围的世界对于简化集成至关重要。如何让机器人可以做出一杯像样的咖啡，诸如打开咖啡机、分发咖啡豆、寻找牛奶和糖等习惯性行为需要一定的感知能力，而这对许多机器来说仍是幻想。

然而，随着技术的不断发展，这种情况正在改变。一些新的技术可以被用来帮助机器人更好地感知他们工作的周围环境。这包括了解周围的物体，测量距离等。下面我们将介绍一些技术应用实例。

激光雷达：基于光和激光的距离传感器

一些公司开发了激光雷达（基于光和激光的距离测量和物体检测）技术，以帮助机器人和自动车辆感知周围的物体。激光雷达的原理就是简单地将光照在表面，并测量返回光源所需的时间。

通过连续向一个表面快速发射激光脉冲，传感器可以建立一个复杂的被测表面“地图”。目前主要有三种类型的传感器:单波束传感器;多波束传感器;和旋转传感器。

单光束传感器产生一束光，通常用于测量到大型物体的距离，如墙壁、地板和天花板。在单个光束传感器中，光束可以被分成:高度准直的光束，这与激光指示器中使用的光束类似(也就是说，光束在整个范围内都保持较小)；LED和脉冲二极管光束类似于手电筒(也就是说，光束会发散很远)。

多光束传感器同时产生多个检测光束，是避免物体和碰撞的理想选择。最后，旋转传感器在设备旋转时产生单个光束，并且经常用于物体检测和避障。

机器人视觉传感器

在制造业中 ，机器人会被分配用于繁琐重要的任务，最主要的任务之一就是物体的拾取。具体地说，机器人需要知道物体的位置以及是否准备好拾取物体。这需要各种传感器的工作来帮助机器检测物体的位置和方向。机器人可能已经内置了具有视觉检测功能的传感器，如果您只是想要检测物体是否存在，那么视觉传感器已经是一个非常好的解决方案。

机器人视觉传感器通常用于工业机器人中，并且可以检测零件是否已到达特定位置。这些传感器有许多不同类型，每种传感器都具有独特的功能，包括检测物体的存在、形状、距离、颜色和方向。

机器人视觉传感器为各行各业的协作机器人提供了多项高科技优势。2D和3D视觉都允许机器人操纵不同的部件，无需重新编程，拾取未知位置和方向的物体，并纠正不准确性。

3D视觉与机器人视觉的未来

把机器人引入我们生活中更为亲密的方面（比如在家庭机器人），需要对三维物体有更深入、更细致的理解。虽然机器人可以通过摄像机和传感器“看到”物体，但要解释他们从一次一瞥中看到的东西还很困难。杜克大学的一名研究生和他导师开发了一种机器人感知算法，可以猜出一个物体是什么，它是如何定向的，并且可以“想象”出任何可能看不见的物体部分。

该算法是通过使用4000个常见家用物品的完整3D扫描而开发的，包括：各种床、椅子、桌子、显示器、梳妆台、床头柜、桌子、浴缸和沙发。每一次扫描都被分解成成千上万个体素，叠加在一起，以便于处理。利用概率主成分分析，该算法学习了对象的类别及其异同。这使它能够理解一个新对象是什么，而不必筛选它的整个目录进行匹配。

虽然还处于初级阶段，但这种算法（或类似性质的算法）的实现将机器人技术进一步推向与人类协同工作的方向，在结构和可预测性远不如实验室、工厂或制造厂。

感知周围物体和环境并与之交互的能力对于机器人的功能及其与人类一起工作的应用至关重要。随着技术的进步，毫无疑问将需要增加机器人教育和识字能力，以及机器人技术人员。