清晨的街道,落叶被夜风聚拢成堆。一台无人驾驶的环卫机器人安静驶来,却在即将清扫时突然“察觉”到落叶堆中躺着一个被遗忘的背包——它敏捷地绕行而过,继续前行。这看似简单的动作背后,是环卫机器人避障技术的精密运作,为城市清洁赋予智慧与安全。
一、 复杂挑战:城市环境中的“障碍物迷宫”
环卫机器人面对的是充满未知的动态世界:
静态陷阱: 随意停放的自行车、垃圾桶、台阶、施工围栏、低矮花坛。
动态干扰: 突然出现的行人、奔跑的宠物、穿行的车辆、被风吹动的杂物。
环境“刁难”: 雨雪导致地面湿滑反光、夜间照明不足、反光或透明物体(玻璃门)、复杂地形(坡道、碎石路)。
自我局限: 精确感知自身位置(定位)、规划高效安全路径,并确保急停或转向时的车身稳定。
二、 核心技术:多传感器融合的“感知大脑”
现代环卫机器人依赖多种传感器协同工作,构建环境模型:
激光雷达 (LiDAR): 核心主力。通过发射激光束并接收反射,精确测量周围物体距离和轮廓,生成高精度2D/3D点云地图,实时探测静态障碍。
视觉系统 (摄像头): 重要补充。提供丰富的颜色、纹理和语义信息(识别行人、车辆、交通标志),尤其在识别远处潜在动态目标上优势明显。立体视觉可估算深度。
超声波传感器: 近场卫士。成本低,对透明或吸光物体(如玻璃、黑色轮胎)探测有效,弥补激光雷达和视觉的不足,常用于近距离(几米内)避障和防碰撞。
毫米波雷达: 全天候“哨兵”。在雨、雾、烟尘、黑暗等恶劣环境下性能稳定,擅长探测运动物体的速度和距离。
惯性测量单元 (IMU) & 轮式编码器: 自我感知。提供机器人自身的加速度、角速度和行驶里程信息,辅助定位和运动控制。
三、 智能决策:算法驱动的“智慧闪避”
感知数据需转化为行动指令:
SLAM (同步定位与地图构建): 基石能力。机器人一边运动,一边利用传感器数据实时构建周围环境地图,并确定自身在地图中的精确位置,为避障和导航提供“底图”。
传感器融合算法: 信息枢纽。将不同传感器数据在时间和空间上对齐、互补、校验,剔除噪声和误报,生成更全面、准确、可靠的环境感知结果。
障碍物检测与追踪: 精准识别。利用计算机视觉和机器学习技术(如深度学习模型)识别、分类障碍物,并预测其运动轨迹(尤其对行人、车辆)。
路径规划与重规划: 动态决策。基于当前地图、定位信息和障碍物预测,规划一条从起点到目标点的最优(或次优)安全路径。当遇到突发障碍时