机器人觉醒的技术（人类虽然胆子小但脑洞大）

机器人觉醒的技术（人类虽然胆子小但脑洞大）将“人工操作失误”解读为“机器人伤人”，不经意间表露出人们对机器人未来可能会威胁人类的担忧，唉，人类胆子太小了。这不禁让人想到去年发生的“机器人首次杀人”事件，大众汽车德国工厂一台工业机器人，“出手”致一名技师丧生。终结者来了！机器人要翻天了。事实证明大家的脑洞确实有点大，高交会官方微博证实所谓“机器人伤人”系展商工作人员操作不当撞倒玻璃所致。由于该展商工作人员操作不当，误将“前进键”当成“后退键”，导致“小胖”撞向展台玻璃，玻璃倒地摔碎并划伤一名现场观众，致其脚踝被划破流血。

前几日，一篇关于深圳高交会机器人伤人的文章刷爆了朋友圈，说的是一台名为“小胖”的机器人在高交会现场突然发生故障，在没有指令的前提下自行打砸展台玻璃，砸伤路人，一位路人全身多处划伤后被担架抬走。

不明真相的吃瓜群众纷纷用“原力觉醒”等星球大战这种好莱坞电影级别中才会用到的词汇来形容这次事故：

world天！机器人“觉醒”了！

世界首例机器人伤人事件！

终结者来了！

机器人要翻天了。

事实证明大家的脑洞确实有点大，高交会官方微博证实所谓“机器人伤人”系展商工作人员操作不当撞倒玻璃所致。由于该展商工作人员操作不当，误将“前进键”当成“后退键”，导致“小胖”撞向展台玻璃，玻璃倒地摔碎并划伤一名现场观众，致其脚踝被划破流血。

这不禁让人想到去年发生的“机器人首次杀人”事件，大众汽车德国工厂一台工业机器人，“出手”致一名技师丧生。

将“人工操作失误”解读为“机器人伤人”，不经意间表露出人们对机器人未来可能会威胁人类的担忧，唉，人类胆子太小了。

你不会真的相信这个圆滚滚的机器人能够超越人类吧？

事实上，直到目前，机器人尚未进化出独立意志，将“伤人”、“杀人”帽子扣在机器人头上，机器人着实冤枉。

我们不能因为人在使用技术时犯了错，就将罪责强加于技术本身。技术本身并没有错，犯错的是使用技术的人。

我们再来谈谈安全问题。

据了解，小胖机器人原为4-12岁儿童研发（官网售价为9988元），功能包括专业级家教、孩子的玩伴、机器人管家等，对于这样一台儿童伴侣机器人来说，安全必须是底线。

不过目前看来这款机器人在安全避障方面可能做得还不够好。

从公开资料可以看出，这款机器人的本体行动能力包括左右转动、前行、后退，对小胖的使用主要有两种操控方式，一种是语音模式，另一种是手动操控模式。如果是语音操控模式（面罩关闭状态下），那么机器人有避障功能。如果是手动操控模式（面罩打开状态下），就没有避障功能。

这次肇事的机器人使用时就是手动模式，它的避障功能处于关闭状态，没能识别出前方障碍物（玻璃），径直前行推倒了玻璃，导致砸伤路人。

我们可以看到在该机器人机体上装有各种传感器，机体四周中、下部有多个超声波传感器，机体前面还有红外线传感器，这表明在产品设计上还是比较重视距离探测、地图构建、避障等运动控制功能的。

在官方申明中，该厂商说明：“在打开面罩的情况下，会自动关闭避障感应元件，这是为了更好地实现人对它的控制”。

也许，该机器人的避障感应功能做得还不够精确，即便是为了更好地实现人对它的控制，至少也应考虑在速度较快的运动模式下，自动打开避障功能，以保障人身、财物和机器人本体的安全。一旦机器人避障功能关闭，在比较狭小的空间如家庭住宅，幼儿、宠物可能靠近的情况下，可能有安全隐患。

不管什么类型的机器人，只要自主移动，就需要在家庭或其他环境中进行导航定位、主动回避障碍。

机器人要避开障碍物，就需要一双“眼睛”，这个功能主要由传感器及相关控制完成。所以，我们今天就一起来研究下机器人的避障功能是怎么实现的。

关于避障问题的研究大致分为两类：基于模型的规划法和基于传感器的反应式避障法。

基于模型的规划法，以环境模型为基础进行全局无碰路径规划，可方便地搜索到全局目标。不过，需要建立在静态不变的环境下。

基于传感器的反应式避障法不需事先进行规划，而是让机器人直接响应环境变化，应用传感器探测的环境数据实现实时回避障碍，因而具有快速、实时、高效的特点，但是容易丧失目标甚至有掉入局部陷阱区域，现在的做法一般结合了两者。

人类通过五官感知世界，而机器人只能依靠传感器。传感器技术在移动机器人避障中起着十分重要的作用，它们需要帮助机器人获取周围环境信息，包括障碍物的尺寸、形状和位置等信息，然后计算出与障碍物距离，最后成功躲避。

对于环境的探测技术如按传感器性质划分主要可分为视觉和非视觉两种。用视觉系统避障可以获得较完整的环境信息，但图像处理运算工作量较大、对设备和数据处理的技术及成本较高。相对而言，超声传感器、激光传感器、红外传感器这些非视觉类传感器，成本低、数据处理技术相对简单。

激光传感器

顾名思义，激光测距传感器利用激光来测量到被测物体的距离或者被测物体的位移等参数。

测距方法是由脉冲激光器发出持续时间极短的脉冲激，经过待测距离后射到被测目标，回波返回，由光电探测器接收。根据主波信号和回波信号之间的间隔，即激光脉冲从激光器到被测目标之间的往返时间，就可以算出待测目标的距离。

优点能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

缺点：由于光速很快，使得在测小距离时光束往返时间极短，因此这种方法不适合测量精度要求很高的（亚毫米级别）距离。

视觉传感器

视觉传感器的优点是探测范围广、获取信息丰富，实际应用中常使用多个视觉传感器或者与其它传感器配合使用，通过一定的算法可以得到物体的形状、距离、速度等诸多信息。或是利用一个摄像机的序列图像来计算目标的距离和速度，还可采用SSD算法，根据一个镜头的运动图像来计算机器人与目标的相对位移。

但在图像处理中，边缘锐化、特征提取等图像处理方法计算量大，实时性差，对处理机要求高。且视觉测距法检测不能检测到玻璃等透明障碍物的存在，另外受视场光线强弱、烟雾的影响很大。

红外传感器

大多数红外传感器测距都是基于三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如图所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度α，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。

红外传感器的优点是不受可见光影响，白天黑夜均可测量，角度灵敏度高、结构简单、价格较便宜，可以快速感知物体的存在，但测量时受环境影响很大，物体的颜色、方向、周围的光线都能导致测量误差，测量不够精确。

超声波传感器

超声波传感器检测距离原理是测出发出超声波至再检测到发出的超声波的时间差，同时根据声速计算出物体的距离。由于超声波在空气中的速度与温湿度有关，在比较精确的测量中，需把温湿度的变化和其它因素考虑进去。超声波传感器一般作用距离较短，普通的有效探测距离都在5-10m之间，但是会有一个最小探测盲区，一般在几十毫米。由于超声传感器的成本低，实现方法简单，技术成熟，是移动机器人中常用的传感器。

可以看出没有任何一个避障技术是完美无缺的，所以至今没有任何一种方法能够在任意环境使机器人进行有效地避障。

但是我们可以使用超声、红外和视觉组合的方式进行避障，尽量降低每一种传感器的缺陷，发挥各自的优势。

我们拿赛格威机器人来举例吧，赛格威机器人避障方案的重要组成部分是英特尔RealSense（实感技术）（赛格威机器人避障技术不全是英特尔的），对于实感技术我们之前已经有文章给大家介绍过，还没看过的朋友可点击此处查看。

RealSense以前的版本是通过打出一束「结构光」，以左红外传感器和右红外传感器追踪这束光的位置，然后用三角定位原理来计算出3D图像中的「深度」信息。不过结构光却是个“见光死”，结构光只适合暗环境、室内，这也是被大家吐槽比较多的地方。

因此赛格威机器人采用的是升级版本的RealSense，RealSense升级版采用的是双目红外视觉，即配有两个IR Rensor（加了红外滤光片的灰度摄像头），一个红外projector（发出有纹理的红外光），一个RGB摄像头，一个鱼眼摄像头，看到这些是不是有点蒙圈，我们来给大家详细解说下。

所谓双目视觉就像我们人类的两个眼睛看到的图像不一样，假如同一个点，两个眼睛看到两张图像是存在差异的，而通过三角测距是可以测出这个点的距离。

双目视觉的原理是给定两个已知相对位置的摄像头，在提前标定好摄像头内外参数的情况下，两个摄像头同时拍摄图片，两张图片中进行特征点匹配，通过三角定位来计算像素在物理世界中与相机的距离。

在这样的双目距离计算的视觉算法中，是依赖图像中的特征点的。然而因为现实中有很多诸如白墙这样的没有任何特征的物体，因此双目距离计算的算法无法估计这些区域内的像素距离，也就出现了大片的无深度区域，这对很多应用来说是致命的。

因此RealSense使用红外projector，就是想克服可见光的干扰，并且人为增加一些特征。具体做法是将两个相机加入滤光片，过滤掉可见光只留下红外波段，再配上一个可以打出纹理的红外光projector，白墙上会打上很多纹理，双目算法就能运算了。

通过这些技术，赛格威机器人不但能当平衡车骑，还能实现定位、导航、避障、自动跟随等功能，是不是很厉害？

未来，服务机器人会走进千家万户。高度安全并智能规避对人类伤害的机器人是机器人进入家庭的基本前提。我们正力求为用户打造不伤害人、不伤害物、不伤害自己的安全机器人。

一台机器人的诞生之路是极其复杂的，从产品研发到生产制造，从实地测试到最后投入市场，机器人走出实验室，走进人类的日常生活工作之中，需要经历重重磨难和考验。

也许某些技术在我们现在看来还不够完美，还无法为我们的社会创造实惠，但技术的发展本来就是循序渐进的，是要在生活中不断摸索、总结和经验积累的，就像百年前电磁波刚被发现的时候，也没有人知道它会给人类带来什么，但是现在不管是电视机还是移动电话，都与电磁现象有关。

相信今天在机器人行业的这些新技术将来也会实实在在改变这个行业，改变人类的生活。