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机器人避障的原理及分析

作者：李一鸣

来源：《电子技术与软件工程》2017年第03期

机器人避障是机器人技术中一项最基础也是关键的功能，它旨在让机器人行动过程中保证

不发生碰撞，避免结构的过度老化、脱落。机器人避障技术的核心包括了传感器的选择和规划

算法的选择。不同的传感器有不同的特色以及原理，而不同的算法所需要的时间和空间复杂度

也不同。由于自身知识的局限，在算法部分仅仅详细介绍了Bug算法。通过分析各个常见传感

器和算法的性能，我对这项技术有了更深层次的理解。在最后，我对这项技术存在的潜在问题

和主要困难作了分析，提出了一条较为可行的道路：结合多个传感器和算法的避障功能的实

现。

【关键词】机器人避障Bug算法传感器机器人技术路径规划算法

背景1介绍

引言1.1

机器人避障的研究在国内外已被很多学者研究，但在这些研究基础上，进一步谈论和比较

各个方法的优劣仍然有深远的意义。本文将列举并分析机器人避障的各个常用方法，比较并分

析各个情况下每种方法的优劣，从而为未来的应用提供参考。

课题研究目1.2的和意义

在21世纪，人们的生活水平都有了很大的提高。而机器人技术能够进一步为人类社会服

务。一个国家在这方面的进展，综合体现了这个国家的经济发展、人民安全和国际地位。人类

研究机器人技术已经有50多年的历史了，因此，机器人理论也有了十分扎实的理论基础和研

究成果。

总的来说，机器人技术是跨学科的融合体现，它融合了电子电路、自动化控制、计算机技

术、机械动力学以及仿生学等等学科的必威体育精装版研究成果，象征着科学技术的必威体育精装版进展，是一个国

家高新技术与经济实力的体现。因此，不少欧美大国将机器人技术作为21世纪首要的先进科

技规划任务。

目前，机器人对国家安全、工业制造、社会服务等各个行业都有很大的帮助。例如在流水

线上的机械臂，在抗灾救险的无人机，餐厅里的自动送餐机等等。与此同时，人们对机器人的

需求也不断增强。逐渐的，人们需要能够感知周围，做出判断的智能机器人。这种机器人能根

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据周围的环境参数，在内部建立模型，根据神经网络或是遗传算法来做决策，最终完成用户发

出的指令。在这样一个规划系统中，避障规划是一个极为关键、很有必要的任务。

机器人避障，简而言之就是让机器人能够自动避开障碍物安全行动。由于机械结构的精细

构造，不允许发生经常的碰撞。在当今科技高速发展的时代，人们越来越需要机器人去替代人

来完成一些危险的任务。例如在科学探索以及救灾抢险中，经常会遇到一些危险或者人类无法

轻易到达的地方。在这个时候，机器人的优势就体现出来了。而机器人在复杂多变的地形中

进行自动避障是这项任务的根本条件，如果无法自动避障，一切都是纸上谈兵。因此，我们有

必要对自动避障的原理进行分析和探讨。

综上所述，研究机器人在未知障碍物的环境下的避障规划方法将具有重要的意义。

机器人避障2方法及算法介绍

目前2.1常用的传感器

自动避障的第一步，是让机器人能够感知周围环境。一般来说，我们需要通过传感器给机

器人提供周围环境的参数指标。例如障碍物的尺寸、形状和位置等。目前避障使用的传感器各

种各样，其特点和适用范围也不同。根据不同的原理，可分为：超声波传感器、红外传感器、

激光传感器和视觉传感器。

超声波2.2传感器

超声波传感器的原理是：先发出超声波，然后检测反射波的延迟，根据声速计算目标与物

体之间的距离。由于超声波在空气中的速度和湿度，温度有关，在实践中，需要考虑到这些因

素的变化。另外，超声波传感器的有效距离，一般小于10m，并且会有最小约几十毫米的检测

盲点，它只能用于小型项目。超声波传感器成本低廉，技术成熟，原理简单，是最常用的传感

器。

2.2.1红外传感器

红外传感器大多基于三角测量原理。发射器以一定的角度向待测物体发射红外光束，被物

体反射回来后用另一个接收器检测到，会得到一个偏移值。利用几何关系可以根据发射角度计

算得到传感器与物体的距离。常见的红外传感器的测量距离都比较近，小于超声波传感器的距

离。另外，对于透明的物体（例如玻璃等）红外线会穿透的材质，红外传感器是无法检测距离

的。

2.2.2