激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。從工作原理上講，與微波雷達(dá)沒有根本的區(qū)別：向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束)，然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。

　　根據(jù)掃描機(jī)構(gòu)的不同，激光測(cè)距雷達(dá)有2D和3D兩種。它們大部分都是靠一個(gè)旋轉(zhuǎn)的反射鏡將激光發(fā)射出去并通過測(cè)量發(fā)射光和從物體表面反射光之間的時(shí)間差來測(cè)距。3D激光測(cè)距雷達(dá)的反射鏡還附加一定范圍內(nèi)俯仰以達(dá)到面掃描的效果。它們都是直接測(cè)距方法。同3D激光測(cè)距雷達(dá)相比，2D激光測(cè)距雷達(dá)只在一個(gè)平面上掃描，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)距速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。目前2D激光測(cè)距雷達(dá)主要在室內(nèi)的移動(dòng)機(jī)器人上應(yīng)用較多，因?yàn)樵谑覂?nèi)的結(jié)構(gòu)化環(huán)境下，地面平坦，所有障礙物又都垂直于地面，因此機(jī)器人只要能在平行于地面的平面上獲取環(huán)境信息便己經(jīng)足夠?qū)Ш降男枰?。很多室?nèi)移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用，如環(huán)境的地圖生成，機(jī)器人的自定位，避障等等的研究都是基于2D激光測(cè)距雷達(dá)的。但是，將2D激光測(cè)距雷達(dá)用于越野環(huán)境下的障礙物檢測(cè)有相當(dāng)?shù)碾y度。由于越野地形復(fù)雜，高低不平，由此會(huì)引起車體行駛時(shí)的劇烈顛簸。而2D激光測(cè)距雷達(dá)只能是單線掃描，因此不可避免的會(huì)引起比較嚴(yán)重的障礙物的漏檢和虛報(bào)現(xiàn)象。

　　環(huán)境感知是移動(dòng)機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。機(jī)器人周圍的環(huán)境信息可以用來導(dǎo)航、避障和執(zhí)行特定的任務(wù)。獲取這些信息的傳感器既需要足夠大的視場(chǎng)來覆蓋整個(gè)工作區(qū)，又需要較高的采集速率以保證在運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中能夠提供實(shí)時(shí)的信息。

　　近年來，激光雷達(dá)在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用日益增多。這主要是由于基于激光的距離測(cè)量技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是其具有較高的精度。通過二維或三維地掃描激光束或光平面，激光雷達(dá)能夠以較高的頻率提供大量的、準(zhǔn)確的距離信息。激光雷達(dá)與其它距離傳感器相比，能夠同時(shí)考慮精度要求和速度要求，這一點(diǎn)特別適用于移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域。此外，激光雷達(dá)不僅可以在有環(huán)境光的情況下工作，也可以在黑暗中工作，而且在黑暗中測(cè)量效果更好。

　　根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，工業(yè)機(jī)器人2013年全球銷售量約17.9萬臺(tái)，需求達(dá)到了歷史最高點(diǎn)，同比增長(zhǎng)12%;其中，在中國銷售量約3.7萬臺(tái)，銷售量全球排名第一，同比增長(zhǎng)60%。中國成為最大的機(jī)器人消費(fèi)國。據(jù)Allied市場(chǎng)研究公司最新報(bào)告，全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)從2013年到2020年期間將以5.4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率發(fā)展，到2020年其銷售額將達(dá)到411.7億美元。

　　近來，機(jī)器人技術(shù)的研究和應(yīng)用已從工業(yè)領(lǐng)域快速擴(kuò)展到航空航天、國防軍事、國家安全、醫(yī)療康復(fù)、社會(huì)服務(wù)等其他領(lǐng)域。

　　2013年，麥肯錫全球研究所發(fā)布的《引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)變革的顛覆性技術(shù)》報(bào)告中，將先進(jìn)機(jī)器人列入物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、下一代基因技術(shù)、3D打印、新材料、可再生能源等12項(xiàng)顛覆性技術(shù)中的第5項(xiàng)。預(yù)計(jì)到2025年，機(jī)器人每年將為全球帶來1.7至4.5萬億美元的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

　　作為衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展越來越受到世界各國的高度關(guān)注，主要經(jīng)濟(jì)體紛紛將發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略，并以此作為保持和重獲制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段。

　　視覺系統(tǒng)作為機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成單元，其扮演著“眼睛”的作用。激光雷達(dá)技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中運(yùn)用越來越普遍。

　　1、美軍阿特拉斯人形機(jī)器人腦袋裝激光測(cè)距儀

　　由波士頓動(dòng)力公司為美軍研制的世界最先進(jìn)人形機(jī)器人“阿特拉斯”(希臘神話中的大力神)日前亮相，這一機(jī)器人將來或許能像人一樣在危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行救援工作。

　　“阿特拉斯”身高1.9米，體重150千克，由頭部、軀干和四肢組成，像人類一樣用雙腿直立行走，令人聯(lián)想起科幻電影中的“終結(jié)者”。它的腦袋包括立體照相機(jī)和一個(gè)激光測(cè)距儀。它的“雙眼”是兩個(gè)立體感應(yīng)器，有兩只靈巧的手，還能在實(shí)時(shí)遙控下穿越比較復(fù)雜的地形。它動(dòng)力來至設(shè)置在一個(gè)場(chǎng)外的電源上。有7個(gè)工作組，他們正在研制自己的Atlas機(jī)器人并于2013年12月份裝入程序，測(cè)試將于弗羅里達(dá)Homestead Miami Speedway 進(jìn)行。

　　波士頓動(dòng)力公司發(fā)布在網(wǎng)上的最新視頻展示了“阿特拉斯”的能力。比如，它在傳送帶上大步前進(jìn)時(shí)，能躲開傳送帶上突然出現(xiàn)的木板;它從高處跳下時(shí)能穩(wěn)穩(wěn)落地，還能兩腿分開從陷阱兩邊走過，然后跑上樓梯;它能單腿站立，被從側(cè)面襲來的球撞擊后不會(huì)摔倒……

　　美國國防部高級(jí)研究項(xiàng)目局項(xiàng)目經(jīng)理吉爾·普拉特說，該機(jī)構(gòu)希望“阿特拉斯”在災(zāi)難的惡劣環(huán)境中也能行動(dòng)自如，比如能開門、爬樓梯和移動(dòng)等，也希望它能使用從螺絲刀到救火車之類的工具，還希望新手不經(jīng)培訓(xùn)也能輕松使用這種機(jī)器人。

　　這款機(jī)器人被稱為是迄今為止最先進(jìn)的人形機(jī)器人之一，它將主要為軍隊(duì)以及一些研究機(jī)構(gòu)所用。

　　為了更好地開發(fā)“阿特拉斯”的能力，美國國防部高級(jí)研究項(xiàng)目局資助舉辦了一個(gè)為其開發(fā)應(yīng)用軟件的挑戰(zhàn)賽，目前已有美國航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的7支隊(duì)伍脫穎而出，并將于2014年12月進(jìn)行決賽。決賽中，在模擬場(chǎng)景里用機(jī)器人救援表現(xiàn)最棒的隊(duì)伍將獲得200萬美元大獎(jiǎng)。

　　2、谷歌投資機(jī)器人服務(wù)員 裝備激光傳感器

　　9月21日，在美國加州庫比蒂諾的雅樂軒酒店里，一個(gè)機(jī)器人在大廳里“走動(dòng)”，為有需要的房間送去夜宵和牙刷。

　　這個(gè)機(jī)器人的外形類似于《星球大戰(zhàn)》中的R2D2，但它的名字叫Botlr，是加州圣羅莎的初創(chuàng)公司Savioke研制的原型設(shè)備。該公司于一年前啟動(dòng)了這個(gè)項(xiàng)目，希望為酒店工作人員減輕日常工作的負(fù)擔(dān)。今年早些時(shí)候，Savioke獲得了谷歌(微博)公司的投資。

　　Botlr是一個(gè)全自動(dòng)的機(jī)器人仆人。在給它編程時(shí)，工程師使用了一張?jiān)敱M的酒店地圖，其中包含每一條走廊、每一部電梯和每一件客房的位置。為了在大廳中找到方向，該設(shè)備采用了一種特殊的激光傳感器，名為激光雷達(dá)(lidar，谷歌無人駕駛汽車也采用了相同的導(dǎo)航技術(shù))。Botlr還搭載了攝像頭，以防撞到路人或者其他障礙。

　　如果有客人打電話到酒店前臺(tái)，要求送一些東西到自己的房間，那么酒店員工僅需按幾個(gè)按鍵，就可以設(shè)置好這個(gè)機(jī)器人，讓它自動(dòng)送貨上門了。

　　Botlr可以利用酒店的WiFi系統(tǒng)呼叫電梯，然后登上電梯，前往特定的樓層。在這個(gè)過程中，Botlr不需要按電梯按鈕。

　　目前Botlr處于試運(yùn)行階段，每周在庫比蒂諾的雅樂軒酒店工作四天。 Savioke公司計(jì)劃明年讓其他一些酒店也開始試用Botlr。該公司希望把Botlr作為一種服務(wù)來銷售，向酒店收取月租費(fèi)，其中也包括Botlr的維護(hù)費(fèi)用。

　　要使用這種機(jī)器人，酒店需要進(jìn)行一些改裝。比方說，庫珀蒂諾的雅樂軒酒店就采用了一套新的WiFi系統(tǒng)，Botlr機(jī)器人可以檢測(cè)到并使用這套系統(tǒng)，以便打開電梯門，并選擇它需要去的樓層。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　Savioke公司首席執(zhí)行官史蒂夫-考辛斯(Steve Cousins)表示，這種機(jī)器人還可以在餐館、醫(yī)院和老年護(hù)理中心派上用場(chǎng)。

　　實(shí)際上，像Aethon、inTouch Health和iRobot(它研制的家用清潔機(jī)器人Roomba很受歡迎)等機(jī)器人技術(shù)公司，已經(jīng)在為數(shù)以百計(jì)的醫(yī)院提供機(jī)器人了。這些機(jī)器人可以把藥物和干凈床單和送到病房里。所以在醫(yī)療領(lǐng)域，Savioke將會(huì)遇到相對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

　　作為未來全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)，我國智能機(jī)器人行業(yè)已經(jīng)步入黃金發(fā)展期，備受市場(chǎng)關(guān)注。工業(yè)機(jī)器人2013年全球銷售量約17.9萬臺(tái)，需求達(dá)到了歷史最高點(diǎn)，同比增長(zhǎng)12%;其中，在中國銷售量約3.7萬臺(tái)，銷售量全球排名第一，同比增長(zhǎng)60%。中國成為最大的機(jī)器人消費(fèi)國。目前，主要經(jīng)濟(jì)體紛紛將發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略，并以此作為保持和重獲制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段。隨著我國智能機(jī)器人行業(yè)高速增長(zhǎng)，政府推出的產(chǎn)業(yè)政策、扶持資金也在同步增加。而激光雷達(dá)、激光視覺系統(tǒng)也將搭乘“機(jī)器人東風(fēng)”得到更進(jìn)一步發(fā)展!