機器人應用中的毫米波雷達傳感器

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

圖 8.RVIZ 中顯示的由 IWR1443BOOST EVM 捕捉的人體點云。 

使用毫米波傳感器映射和導航

使用 IWR1443BOOST EVM 檢測到的物體點信息， 然后就可以演示如何使用毫米波雷達作為唯一 的傳感器，

精確地映射房間內(nèi)的障礙物并在標識的自由空間內(nèi)進行自主操作。存在幾個機器人開 源社區(qū)，包括 Robot OS (ROS)  和  Arduino 。為了快速演示如何在映射和導航應用中使用毫米波雷達，我們使用 OctoMap 和 move_base 庫將點云信息集成到導航堆棧中，如圖 10 所示。 

我們在內(nèi)部辦公環(huán)境中設置障礙并使 Turtlebot 2 通過該區(qū)域，使用 OctoMap 庫建立一個三維柵格地圖。下一頁的圖 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位置，如下一頁的圖 12屏幕截圖中的綠色箭頭所示。Turtlebot 2 成功高效地導航到了 選定的位置，然后旋轉到適當?shù)淖藙荩荛_其路線中靜態(tài)和動態(tài)障礙物。這證明了使用一個面向未來的毫米波傳感器快速在 ROS 環(huán)境中進行基本自主機器人導航的效果。 

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

結論 

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，并需要多個分立組件。 

在 ROS 社區(qū) Turtlebot 2 開發(fā)平臺的 IWR1443BOO ST EVM， 如圖 9 所示。 

通過對 EVM 實現(xiàn)基本驅動程序 (ti_mmwave_rospk g)， 然而，由于現(xiàn)在 TI 將射頻、處理和內(nèi)存資源集成到一個單片 CMOS 芯片上，可以說，毫米波傳感器將補充或取代已確立的機器人傳感技術。 

圖 10.與配備有 IWR1443BOOST 的 Turtlebot 2 配合使用的 ROS 庫導航堆棧。 

總之，以下是毫米波傳感器與其他技術對比的優(yōu)勢： 

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

o 毫米波可檢測玻璃墻、隔墻和家具，而基于光的傳感解決方案則可能無法做到。

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有助于增強機器人里程計。

o 基于毫米波的傳感器機械復雜度較低，從而減少了制造校準和誤差校正過程。沒有通風口或透鏡，它們可直接安裝在塑料外殼后。集成校準意味著在線制造復雜性更低。廣闊的視野使得不再需要機械旋轉傳感器機制。

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條指令。

毫米波傳感器技術提高了機器人的智能化操作，同時在實際環(huán)境中增強了耐用性。這項技術的應用將進一步加快機器人系統(tǒng)的快速采用。 

圖 11.使用 OctoMap 庫在 ROS 中生成柵格地圖。

參考文獻

1. Tractica. “ 《機器人市場預測》 ?！?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人機安全性 和生產(chǎn)力》 。 ”德州儀器 (TI) 白皮書， SPYY001，2017 年。

Fleming W.J. 和 A.K. Hundiwal?！?nbsp;《雷達對地速度傳感器》 。 ”第 35 屆 IEEE 車輛技術會議，1985 年，第 262–272 頁。

圖 12.使用 IWR1443BOOST EVM 柵格地圖和 ROS mo ve_base 庫，使 Turtlebot 2 進行自主導航。

有關 TI 設計信息和資源的重要通知

德州儀器 (TI) 公司的技術、應用或其他設計建議、服務或信息，包括但不限于關于評估模塊的參考設計和資料（統(tǒng)稱“TI 資源”），旨在幫助那些開發(fā)包含 TI 產(chǎn)品的應用的設計人員；以任何方式下載、訪問或使用任何特定的 TI 資源即表示您（您個人，如果您代表公司， 即您所在的公司）同意僅用于此用途并遵守本通知中的條款。

TI 所提供的 TI 資源，并未擴大或以其他方式修改 TI 對 TI 產(chǎn)品的公開適用的質保及質保免責聲明；也未導致 TI 承擔任何額外的義務或責任。TI 有權對其 TI 資源進行糾正、增強、改進和其他修改。

您理解并同意，您應通過自己的獨立分析、評估和判斷進行應用設計，并對應用的安全性獨立承擔全部責任，同時確保應用（以及用于您的應用的所有 TI 產(chǎn)品）符合所有適用的法律法規(guī)以及其他適用的要求。您聲明，對于您的應用，您具備創(chuàng)建和實施相關防護措施所需的所有專業(yè)知識，能夠 (1) 預見故障的危險后果，(2) 監(jiān)視故障及其后果，以及 (3) 降低可能引發(fā)危害的故障的幾率并采取適當?shù)拇胧?。您同意在使用或發(fā)布包含 TI 產(chǎn)品的任何應用之前，將對此類應用以及此類應用中所用的 TI 產(chǎn)品的功能進行全面測試。除特定 TI 資源的公開文檔中明確列出的測試外，TI 未進行任何其他測試。

您有權使用、復制和修改僅和應用開發(fā)相關的任何 TI 資源，且該應用應包含此類 TI 資源指定的 TI 產(chǎn)品。本協(xié)議并未以明示或暗示、禁止或其他方式授予您對任何其他 TI 知識產(chǎn)權的使用許可，并且未授予您對 TI 或任何第三方的任何技術或知識產(chǎn)權的許可，

包括但不限于任何專利權、版權、屏蔽作品權或其它與使用了 TI 產(chǎn)品或服務的組合設備、機器或流程相關的其他知識產(chǎn)權。涉及或參考了第三方產(chǎn)品或服務的信息不構成使用此類產(chǎn)品或服務的許可或與其相關的保證或認可。使用 TI 資源可能需要您向第三方獲得對該等第三方專利或其他知識產(chǎn)權的許可。

TI 資源系“按原樣”提供。TI 茲免除對 TI 資源及其使用作出所有其他明確或默認的保證或陳述，包括但不限于對準確性或完整性、產(chǎn)權保證、無屢發(fā)故障保證，以及適銷性、適合特定用途和不侵犯任何第三方知識產(chǎn)權的任何默認保證。

TI 不負責任何申索，包括但不限于因組合產(chǎn)品所致或與之有關的申索，也不為您辯護或賠償，即使該等產(chǎn)品組合已列于 TI 資源或其他地方。對因 TI 資源或其使用引起或與之有關的任何實際的、直接的、特殊的、附帶的、間接的、懲罰性的、偶發(fā)的、從屬或懲戒性損害賠償，不管 TI 是否獲悉可能會產(chǎn)生上述損害賠償，TI 概不負責。

您同意向 TI 及其代表全額賠償因您不遵守本通知的條款和條件而引起的任何損害、成本、損失和/或債務。