機(jī)器人應(yīng)用中的毫米波雷達(dá)傳感器

走在毫米波傳感器前面的人會(huì)產(chǎn)生多個(gè)反射點(diǎn)?？稍诔Ｓ玫臋C(jī)器人操作系統(tǒng)可視化 (RVIZ) 工具中， 將檢測(cè)到的所有點(diǎn)映射到相對(duì)于傳感器的三維區(qū)域中（如下一頁(yè)的圖 8 所示）。此映射會(huì)收集四分之一秒內(nèi)的所有點(diǎn)。收集到的點(diǎn)信息密度可提供高保真度，可清晰看到腿和手臂的運(yùn)動(dòng)，因此物體分類算法會(huì)將其歸類為一個(gè)移動(dòng)的人。三維區(qū)域中開(kāi)放空間的清晰性對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)也是非常重要的數(shù)據(jù)，可確保它們能夠自主操作。 

圖 8.RVIZ 中顯示的由 IWR1443BOOST EVM 捕捉的人體點(diǎn)云。 

使用毫米波傳感器映射和導(dǎo)航

使用 IWR1443BOOST EVM 檢測(cè)到的物體點(diǎn)信息， 然后就可以演示如何使用毫米波雷達(dá)作為唯一 的傳感器，

精確地映射房間內(nèi)的障礙物并在標(biāo)識(shí)的自由空間內(nèi)進(jìn)行自主操作。存在幾個(gè)機(jī)器人開(kāi) 源社區(qū)，包括 Robot OS (ROS)  和  Arduino 。為了快速演示如何在映射和導(dǎo)航應(yīng)用中使用毫米波雷達(dá)，我們使用 OctoMap 和 move_base 庫(kù)將點(diǎn)云信息集成到導(dǎo)航堆棧中，如圖 10 所示。 

我們?cè)趦?nèi)部辦公環(huán)境中設(shè)置障礙并使 Turtlebot 2 通過(guò)該區(qū)域，使用 OctoMap 庫(kù)建立一個(gè)三維柵格地圖。下一頁(yè)的圖 11  是使用 RVIZ 的柵格屏幕截圖。 

我們使用從 OctoMap 和 move_base 生成的地圖， 輸入最終目的地和姿勢(shì)位置，如下一頁(yè)的圖 12屏幕截圖中的綠色箭頭所示。Turtlebot 2 成功高效地導(dǎo)航到了 選定的位置，然后旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)淖藙?shì)，避開(kāi)其路線中靜態(tài)和動(dòng)態(tài)障礙物。這證明了使用一個(gè)面向未來(lái)的毫米波傳感器快速在 ROS 環(huán)境中進(jìn)行基本自主機(jī)器人導(dǎo)航的效果。 

圖 9.IWR144 3 BOOST，安裝在 Turtle bot 2 上的 EVM。 

結(jié)論 

我們選擇了 Robot OS 和安裝毫米波傳感器，最初非常昂貴且尺寸較大，并需要多個(gè)分立組件。 

在 ROS 社區(qū) Turtlebot 2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的 IWR1443BOO ST EVM， 如圖 9 所示。 

通過(guò)對(duì) EVM 實(shí)現(xiàn)基本驅(qū)動(dòng)程序 (ti_mmwave_rospk g)， 然而，由于現(xiàn)在 TI 將射頻、處理和內(nèi)存資源集成到一個(gè)單片 CMOS 芯片上，可以說(shuō)，毫米波傳感器將補(bǔ)充或取代已確立的機(jī)器人傳感技術(shù)。 

圖 10.與配備有 IWR1443BOOST 的 Turtlebot 2 配合使用的 ROS 庫(kù)導(dǎo)航堆棧。 

總之，以下是毫米波傳感器與其他技術(shù)對(duì)比的優(yōu)勢(shì)： 

o 毫米波傳感器對(duì)環(huán)境條件（如陽(yáng)光直射、陰影或水的光反射）不敏感。

o 毫米波可檢測(cè)玻璃墻、隔墻和家具，而基于光的傳感解決方案則可能無(wú)法做到。

o 毫米波提供物體的多普勒速度信息，這在車輪在潮濕表面打滑時(shí)有助于增強(qiáng)機(jī)器人里程計(jì)。

o 基于毫米波的傳感器機(jī)械復(fù)雜度較低，從而減少了制造校準(zhǔn)和誤差校正過(guò)程。沒(méi)有通風(fēng)口或透鏡，它們可直接安裝在塑料外殼后。集成校準(zhǔn)意味著在線制造復(fù)雜性更低。廣闊的視野使得不再需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)傳感器機(jī)制。

o TI 的高度集成單片 CMOS 毫米波傳感器使所有處理都可在傳感器內(nèi)發(fā)生。與基于視覺(jué)的系統(tǒng)相比，這降低了材料成本、縮小了尺寸并減少了中央控制器處理器每秒所需的百萬(wàn)條指令。

毫米波傳感器技術(shù)提高了機(jī)器人的智能化操作，同時(shí)在實(shí)際環(huán)境中增強(qiáng)了耐用性。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步加快機(jī)器人系統(tǒng)的快速采用。 

圖 11.使用 OctoMap 庫(kù)在 ROS 中生成柵格地圖。

參考文獻(xiàn)

1. Tractica. “ 《機(jī)器人市場(chǎng)預(yù)測(cè)》 ?！?7 年第 2 季度.

2. Barrett D.、D. Wang、A. Ahmad 和 V. Mah imkar。 “ 《使用毫米波傳感器提高無(wú)人機(jī)安全性 和生產(chǎn)力》 。 ”德州儀器 (TI) 白皮書， SPYY001，2017 年。

Fleming W.J. 和 A.K. Hundiwal?！?nbsp;《雷達(dá)對(duì)地速度傳感器》 。 ”第 35 屆 IEEE 車輛技術(shù)會(huì)議，1985 年，第 262–272 頁(yè)。

圖 12.使用 IWR1443BOOST EVM 柵格地圖和 ROS mo ve_base 庫(kù)，使 Turtlebot 2 進(jìn)行自主導(dǎo)航。

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