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恒準精密

機器人應用中的毫米波雷達傳感器

2020-05-27 19:19

當腦海中浮現機器人的形象時,您可能會聯想到巨大的機械手臂,工廠車間里盤繞的隨處可見的線圈和線束,以及四處飛濺的焊接火花。這些機器人與大眾文化和科幻小說中描繪的機器人大不相同,在后者中,機器人常以人們日常生活助手的形象示人。

如今,人工智能技術的突破正在推動服務型機器人、無人飛行器和自主駕駛車輛的機器人技術發展,市場規模預計將從 2016 年的 310 億美元增加到 2020 年的 2370 億美元[1]。

隨著機器人技術的進步,互補傳感器技術也在進步。就像人類的五官感覺一樣,通過將不同的傳感技術結合起來,可在將機器人系統部署到不斷變化、不受控制的環境中時取得最佳效果?;パa金屬氧化物半導體 (CMOS) 毫米波 (mmWave) 雷達傳感器是機器人感知方面一項相對較新的技術。

機器人傳感器技術

機器人傳感器技術包括力和扭矩傳感器、觸摸傳感器、一維/二維紅外 (IR) 測距儀、三維飛行時間激光雷達傳感器、攝像機、慣性測量單元 (IMU)、GPS 等。CMOS 毫米波雷達傳感器可精確測量其視野范圍內物體的距離以及任何障礙物的相對速度。

 

與基于視覺和激光雷達的傳感器相比,毫米波傳感 器的一個重要優勢是不受雨、塵、煙、霧或霜等環 境條件影響。此外,毫米波傳感器可在完全黑暗中 或在陽光直射下工作。這些傳感器可直接安裝在無 外透鏡、通風口或傳感器表面的塑料外殼后,非常 堅固耐用,能滿足防護等級 (IP) 69K 標準。此外, TI 的毫米波傳感器的體積小、重量輕,生產設計體積是微型激光測距儀的三分之一,重量是其一半。

檢測玻璃墻

說明了玻璃墻和隔墻在現代建筑中的應用, 而服務型機器人(例如真空吸塵或拖地機器人)需要感知這些表面以防止碰撞。 事實證明,使用攝像機和紅外傳感器很難檢測這些元素,但毫米波傳感器可檢測到玻璃墻的存在及其后面的物體。

使用毫米波傳感器測量對地速度

精確的里程計信息對于機器人平臺的自主移動必不可少。

可通過測量機器人平臺上車輪或皮帶的轉動來獲得此信息。然而,如果車輪在松散礫石、泥地或濕地等表面上打滑時,這種低成本方法顯然無法輕松湊效。

更先進的系統可通過增加一個 IMU(有時通過 GPS 增強)來確保里程計非常精確。毫米波傳感器可通過向地面發送線性調頻信號并測量返回信號的多普勒頻移,

為穿越不平坦的地形或底盤俯仰和偏航情況較多的機器人提供額外的里程計信息。 顯示了對地速度毫米波雷達傳感器在機器人平臺上的潛在配置。 是 將雷達指向平臺前(如圖所示)還是指向平臺后(農用車輛的標準做法)需進行權衡。如果指向平臺前,則也可使用同一毫米波傳感器來檢測表面邊緣,避免不可恢復的平臺損失,如從倉庫裝運臺上跌落。如果指向平臺后,則可將傳感器安裝在平臺的重心點上,盡量減少俯仰和偏航對測量的影響,這在農業應用中是一個大問題。

機械臂周圍的安全防護裝置

未來的機器人將與人類有更多的交互。

在過去,常用方法是在機器人的工作區域周圍打造一個安全屏障或排除區域,確保物理隔離,

結論

毫米波傳感器最初非常昂貴且尺寸較大,并需要多個分立組件。然而,由于現在 TI 將射頻、處理和內存資源集成到一個單片 CMOS 芯片上,可以說通過對 EVM 實現基本驅動程序 (ti_mmwave_rospkg),毫米波傳感器將補充或取代已確立的機器人傳感技術。

毫米波傳感器技術提高了機器人的智能化操作,同時在實際環境中 增強了耐用性。這項技術的應用將進一步加快機器人系統的快速采用。

 

 

 

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