盡管掃地機(jī)器人已采用這些技術(shù)有一段時(shí)間，但網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于其技術(shù)的講解卻往往存在誤導(dǎo)。這些誤解可能源于對(duì)技術(shù)的陌生，也可能源于對(duì)掃地機(jī)器人的不了解，甚至兩者兼而有之。在這些錯(cuò)誤觀(guān)點(diǎn)流傳甚廣的情況下，我們有必要進(jìn)行澄清。因此，本文與其說(shuō)是科普文章，更像是一篇辟謠文章，旨在糾正那些廣為流傳的錯(cuò)誤觀(guān)點(diǎn)。

　　一、點(diǎn)激光

　　效果：點(diǎn)激光能夠測(cè)量出一定范圍內(nèi)某一點(diǎn)距離激光發(fā)射點(diǎn)的精確距離。通過(guò)配備旋轉(zhuǎn)裝置，它可以實(shí)現(xiàn)四周360°的距離信息采集。

　　優(yōu)勢(shì)：點(diǎn)激光的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)具備較遠(yuǎn)的檢測(cè)距離。

　　缺點(diǎn)：它每次僅能獲取一個(gè)點(diǎn)的距離信息，即便通過(guò)快速連續(xù)檢測(cè)和旋轉(zhuǎn)裝置的配合，也只能獲取某一高度上四周的障礙物距離。

　　技術(shù)原理：

　　在掃地機(jī)器人上，點(diǎn)激光主要用于大范圍地圖的掃描。其技術(shù)原理主要有兩種。

　　1、三角測(cè)距法

　　三角測(cè)距法是點(diǎn)激光中最為常見(jiàn)的技術(shù)原理。它通過(guò)設(shè)定激光發(fā)射與接收器之間的固定夾角，利用反射點(diǎn)在接收器上的位置變化來(lái)計(jì)算距離。這一原理在掃地機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用，用于大范圍地圖的掃描。

　　為了更直觀(guān)地解釋三角測(cè)距法，我們常常使用示意圖。但請(qǐng)注意，實(shí)際情況中，光線(xiàn)在到達(dá)接收器前會(huì)經(jīng)過(guò)鏡片的折射。為了幫助理解，我們可以想象一根長(zhǎng)竹竿直立在眼前，從腳前一直延伸到遠(yuǎn)方。當(dāng)我們?yōu)檫@根竹竿拍照時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)離我們?cè)竭h(yuǎn)的竹竿節(jié)點(diǎn)，在照片上越靠近頂部。這與三角測(cè)距法的原理是相似的，即通過(guò)光線(xiàn)在接收器上的位置變化來(lái)計(jì)算距離。

　　那么，現(xiàn)在想象一下，如果這根竹子保持不動(dòng)，但變?yōu)榱送该鳡顟B(tài)，只給出兩個(gè)竹子上的結(jié)點(diǎn)位置，你能否判斷出哪個(gè)節(jié)點(diǎn)更靠近你，哪個(gè)則較遠(yuǎn)呢?這其實(shí)與單點(diǎn)激光三角測(cè)距的原理相似。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器會(huì)對(duì)一段激光進(jìn)行“拍照”，但激光本身是不可見(jiàn)的。當(dāng)這段激光遇到障礙物時(shí)，我們會(huì)看到一個(gè)小紅點(diǎn)，而這個(gè)小紅點(diǎn)的位置將決定障礙物的距離。由于激光的位置和發(fā)射角度都是預(yù)先設(shè)定的，因此可以通過(guò)算法輕松計(jì)算出距離。

　　ToF測(cè)距法相對(duì)簡(jiǎn)單。它通過(guò)檢測(cè)激光從發(fā)射到返回的時(shí)間差，再結(jié)合光速，即可計(jì)算出距離。不過(guò)，在計(jì)算時(shí)需注意，由于激光是來(lái)回飛行，所以實(shí)際距離是激光飛行路程的兩倍。因此，在計(jì)算時(shí)，需要將時(shí)間差除以2，再乘以光速，從而得到準(zhǔn)確的距離。

　　實(shí)際上，由于光速極快，直接檢測(cè)光速可能不太現(xiàn)實(shí)。因此，ToF測(cè)距法通常采用發(fā)射經(jīng)過(guò)調(diào)制的光線(xiàn)，例如連續(xù)波調(diào)制。通過(guò)檢測(cè)接收到的光線(xiàn)相移，可以推算出激光的飛行時(shí)間，進(jìn)而得出距離。

　　點(diǎn)激光在掃地機(jī)器人領(lǐng)域主要發(fā)揮建圖作用，通常安裝在掃地機(jī)器人的頂部裝置上。

　　通過(guò)點(diǎn)激光技術(shù)，掃地機(jī)器人能夠迅速捕捉其周?chē)沫h(huán)境信息，僅需短暫的一兩秒，即可精準(zhǔn)地掃描到機(jī)器人四周幾米內(nèi)的地形。然而，這項(xiàng)技術(shù)也存在明顯的不足。首先，它僅能檢測(cè)到與激光同一平面高度的障礙物，若障礙物低于此高度，則無(wú)法掃描到。其次，其精度雖有一定范圍，但誤差仍控制在幾厘米左右(且近距離內(nèi)可能無(wú)法檢測(cè))，因此，雖然它可以用于構(gòu)建整體地圖，但在躲避障礙方面則顯得力不從心。

　　以下是在紅外相機(jī)視角下拍攝的掃地機(jī)器人LDS激光的畫(huà)面。紅框內(nèi)所示即為機(jī)器人發(fā)射的激光，清晰可見(jiàn)激光打在墻上形成的紅點(diǎn)。通過(guò)這一畫(huà)面，我們可以直觀(guān)地看到單點(diǎn)激光的檢測(cè)范圍局限在單一平面內(nèi)，無(wú)法檢測(cè)到高于或低于此平面的障礙物。

　　機(jī)器人測(cè)距?是指機(jī)器人通過(guò)內(nèi)置的傳感器或設(shè)備來(lái)測(cè)量其與周?chē)h(huán)境物體的距離，以便進(jìn)行導(dǎo)航、避障和路徑規(guī)劃等任務(wù)。常見(jiàn)的機(jī)器人測(cè)距方法包括超聲波測(cè)距、紅外測(cè)距、激光雷達(dá)(LiDAR)測(cè)距、毫米波雷達(dá)測(cè)距和視覺(jué)測(cè)距(如立體視覺(jué)和深度攝像頭)。

　　不同測(cè)距方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)

　　?超聲波測(cè)距?：通過(guò)發(fā)送超聲波信號(hào)并測(cè)量其反射回來(lái)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算距離。優(yōu)點(diǎn)是成本低、功耗小，適合近距離測(cè)距;缺點(diǎn)是受環(huán)境因素影響大，精度不高，且不適合復(fù)雜場(chǎng)景?。

　　?紅外測(cè)距?：通過(guò)發(fā)射紅外光并測(cè)量反射光的時(shí)間或強(qiáng)度來(lái)計(jì)算距離。優(yōu)點(diǎn)是成本低、反應(yīng)速度快;缺點(diǎn)是受環(huán)境光照影響大，對(duì)透明或黑色物體識(shí)別困難，精度較低?。

　　?激光雷達(dá)(LiDAR)測(cè)距?：通過(guò)發(fā)射激光脈沖并測(cè)量反射時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，可以實(shí)現(xiàn)高精度的三維環(huán)境建模。優(yōu)點(diǎn)是精度高、測(cè)量范圍遠(yuǎn)，適合復(fù)雜場(chǎng)景;缺點(diǎn)是成本高、對(duì)天氣條件敏感?。

　　?毫米波雷達(dá)測(cè)距?：通過(guò)發(fā)射毫米波電磁信號(hào)并測(cè)量反射信號(hào)來(lái)計(jì)算距離和速度。優(yōu)點(diǎn)是穿透性好、適用惡劣環(huán)境;缺點(diǎn)是分辨率低，對(duì)靜止小目標(biāo)探測(cè)能力有限?。

　　?視覺(jué)測(cè)距?：包括立體視覺(jué)和深度攝像頭，通過(guò)計(jì)算圖像的視差來(lái)估算距離。優(yōu)點(diǎn)是信息量大、適合復(fù)雜場(chǎng)景的三維建模;缺點(diǎn)是對(duì)計(jì)算資源需求高，受光照條件影響大?。

　　應(yīng)用場(chǎng)景和具體應(yīng)用實(shí)例

　　?超聲波測(cè)距?常用于掃地機(jī)器人和自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(AGV)，用于近距離避障和導(dǎo)航?。

　　?紅外測(cè)距?多用于安全監(jiān)控和近距離檢測(cè)設(shè)備?。

　　?激光雷達(dá)(LiDAR)?廣泛應(yīng)用于無(wú)人駕駛汽車(chē)、無(wú)人機(jī)和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，用于高精度環(huán)境建模和導(dǎo)航?。

　　?毫米波雷達(dá)?多用于車(chē)載避障系統(tǒng)，特別是在惡劣天氣條件下?。

　　?視覺(jué)測(cè)距?在機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，用于三維重建和物體識(shí)別?。