移动机器人平台常用传感器简介

在移动机器人上常用的传感器包括激光雷达、毫米波雷达、相机、IMU、编码器等，其中激光雷达、超声波雷达和相机是用来测量外部环境的，IMU、编码器测量的是AGV自身位姿。下面分别描述它们的原理、适用场景及缺陷。

1. 激光雷达按照机械结构可以分为机械雷达和固态雷达。机械激光雷达通过机械旋转机构调整激光发射角度，产品较为成熟。固态雷达可分为OPA、MEMS、Flash等类型，内部没有旋转部件，体积较机械雷达小。激光雷达的优势是定位精度高、探测距离远，劣势是成本高，分辨率较低。使用激光雷达进行导航的研究起步早，是当前最广泛、最稳定的导航方式。
2. 常见的相机传感器有深度相机和普通单目相机。深度相机包括TOF、结构光和双目三种实现方式。TOF通过计算光线反射的相位差/时间差从而确定深度信息，结构光通过投射光斑的形变推测出深度，双目通过三角测量计算深度。结构光相机容易受光照影响，在室外几乎不可用。相比于结构光相机，TOF相机探测距离远，但精度不高。而双目相机易受光照和纹理的影响，在近距离的成像精度高于TOF但低于结构光相机。普通单目相机无法直接获取图像深度，所以用单目相机估计运动或恢复环境都需要额外处理以消除尺度不确定性。
3. 通常将波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围。毫米波雷达具有带宽大、波束窄的特点，可以提供亚毫米的距离精度，还能够穿透塑料、墙板和衣服等特定的材料。与激光雷达相比，毫米波雷达受天气影响较小，具有全天候的特点。
4. 惯性测量单元（IMU）一般包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，有的还集成了三轴的磁力计。加速度计和陀螺仪安装在相互垂直的轴上。加速度即可以测量特定方向上的线性加速度，通过积分可以得到速度和距离增量。陀螺仪测量了俯仰（x轴）、横滚（y轴）和偏航（z轴）的角速度，从而可以确定对象在3D空间内的方向。磁力计用于测量磁场，通过测量传感器空间点处的空气磁通密度，它可以确定绝对航向。IMU的缺陷是偏航角会缓慢累计误差，俯仰角、横滚角由于有重力向量参考，低机动运动情况下，长时间不会有累积误差。
5. 编码器主要是根据光电编码器在采样周期内脉冲的变化量计算出车轮相对于地面的角位移。如果知道了轮子的周长，便可以计算出机器人移动的距离。编码器在长距离的运动中同样存在累积误差，这是相对定位方法的普遍缺陷。