在科技飛速發(fā)展的當下，人形機器人正逐漸從科幻作品走進現(xiàn)實生活，在工業(yè)、服務、醫(yī)療等眾多領域嶄露頭角。為了能在復雜多變的環(huán)境中高效、安全地執(zhí)行任務，人形機器人需要具備精準感知周圍世界的能力，這就要求它們配備復雜的傳感系統(tǒng)，其中，毫米波雷達感應技術以及多傳感器融合方案，正成為提升人形機器人性能的關鍵要素。

人形機器人的傳感需求

為了實現(xiàn)豐富多樣的功能，人形機器人需要模擬人類的感官系統(tǒng)。常見的傳感器類型包括視覺系統(tǒng)(攝像頭)、雷達和激光雷達(用于導航和感知)、觸覺傳感器(模擬觸控)以及聽覺系統(tǒng)(麥克風)，用以了解自身姿勢和平衡。每種傳感器

都有其獨的功能和局限性，例如攝像頭能捕捉豐富的視覺信息，但在深度感知、光線不足或探測非視覺元素時會力不從心;激光雷達雖能提供高精度的三維環(huán)境數(shù)據(jù)，可成本高昂且對惡劣天氣較為敏感。因此，綜合運用多種傳感器，并通過有效的融合技術整合數(shù)據(jù)，成為提升人形機器人感知能力的必然選擇。

毫米波雷達的工作原理與優(yōu)勢

毫米波雷達工作在 30GHz 至 300GHz 的毫米波頻段，通過發(fā)射高頻電磁波，并接收目標物體反射回來的回波，來檢測物體的距離、速度和角度等信息。其波長在 1 毫米至 10 毫米之間，較短的波長賦予了毫米波雷達諸多優(yōu)勢。

相比傳統(tǒng)雷達，毫米波雷達能夠提供更高的分辨率，能更精準地識別和區(qū)分不同的目標物體。在 60GHz 和 77GHz 頻段的雷達傳感器，分辨率和精度更是遠超 24GHz 雷達傳感器，這使得人形機器人在復雜環(huán)境中，能夠更清晰地感知周圍物體的細節(jié)，為后續(xù)決策提供可靠依據(jù)。例如，在工業(yè)場景中，機器人可以借助毫米波雷達精確檢測零部件的位置和形狀，完成高精度的裝配任務。

毫米波雷達的一大突出優(yōu)勢是對惡劣天氣和復雜環(huán)境的適應性。無論是在光線昏暗、濃霧彌漫，還是大雨傾盆、雪花紛飛的條件下，毫米波雷達都能穩(wěn)定工作。與之相比，攝像頭受光線變化影響顯著，在低光照或強光反射下，圖像質量會嚴重下降，甚至無法正常工作;激光雷達則對灰塵、水霧較為敏感，這些顆粒會散射激光，干擾測量結果。毫米波雷達憑借其電磁波特性，能夠有效穿透這些干擾，持續(xù)為機器人提供準確的環(huán)境感知信息。

毫米波雷達具有較寬的探測距離和覆蓋范圍，一般能夠檢測到 100 米以外的物體，這對于需要在較大空間中活動的人形機器人至關重要，使其提前感知遠處的障礙物或目標，及時規(guī)劃行動路徑。同時，毫米波雷達對運動物體的檢測極為靈敏，能夠精確測量物體的運動速度和方向，在機器人導航、避障以及與動態(tài)環(huán)境交互過程中發(fā)揮關鍵作用。例如，在人員流動頻繁的公共空間，人形機器人可以利用毫米波雷達實時監(jiān)測行人的運動軌跡，靈活調整自身行動，避免碰撞。

傳感器融合技術

由于單一傳感器存在數(shù)據(jù)收集不完整或不準確的問題，難以滿足人形機器人在復雜多變環(huán)境中的感知需求，因此，傳感器融合技術應運而生。傳感器融合通過整合來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，為機器人提供更準確、可靠和全面的環(huán)境認知。

通過融合多個傳感器的數(shù)據(jù)，可以相互補充和校正，降低誤差，提高整體的測量精度。例如，將毫米波雷達的距離和速度測量數(shù)據(jù)與攝像頭的視覺信息相結合，能夠更精確地確定物體的位置和姿態(tài)。雷達可以提供準確的距離和速度信息，而攝像頭則能識別物體的形狀和類別，兩者融合后，機器人對環(huán)境的感知精度得到大幅提升。

當某一傳感器出現(xiàn)故障或受到干擾時，其他傳感器的數(shù)據(jù)仍可保證系統(tǒng)繼續(xù)運行，確保機器人功能的正常發(fā)揮。例如，在戶外強光環(huán)境下，攝像頭可能因過曝而無法正常工作，但毫米波雷達依然能夠穩(wěn)定提供環(huán)境信息，使機器人不至于失去對周圍環(huán)境的感知，維持基本的行動能力，等待攝像頭恢復正?；虿扇∑渌麘獙Υ胧?

通過融合多種傳感模式的輸入，機器人可以從多個維度感知環(huán)境，獲取更豐富的信息，從而對周圍環(huán)境有更全面、深入的理解。這有助于機器人在復雜場景中做出更明智的決策，例如在不平坦的地形中，結合視覺、雷達和慣性傳感等多方面信息，機器人能夠更好地判斷地形狀況，規(guī)劃安全、高效的行走路徑，避免因局部信息缺失而導致摔倒或陷入困境。

傳感器融合能夠綜合多個傳感器的實時數(shù)據(jù)，快速響應環(huán)境變化，使機器人更好地適應動態(tài)場景。例如，當周圍有快速移動的物體時，毫米波雷達能迅速檢測到其運動狀態(tài)的變化，結合攝像頭對物體外觀特征的識別，機器人可以及時調整自身行為，做出合理的反應，如避讓或跟隨。

毫米波雷達與攝像頭的融合方案

在眾多傳感器融合方案中，毫米波雷達與攝像頭的融合備受關注，二者優(yōu)勢互補，為機器人帶來更強大的感知能力。以德州儀器(TI)提供的解決方案為例，其推出的攝像頭和雷達傳感器模塊，包含 IMX219 攝像頭和 IWR6843ISK EVM 毫米波雷達傳感器，采用了物體級融合方法。該方法分別對攝像頭的視覺處理鏈和雷達的處理鏈進行優(yōu)化，注重物體的聚類和跟蹤。通過這種融合方式，用戶能夠讓機器人在三維環(huán)境中精準地跟蹤和探測物體。

在實際應用場景中，比如智能家居服務機器人，當它在室內(nèi)環(huán)境中移動時，攝像頭可以識別家具、人員等物體的外觀和位置，毫米波雷達則能實時監(jiān)測人員的運動狀態(tài)以及與機器人之間的距離變化。當機器人靠近障礙物時，毫米波雷達快速檢測到距離過近的危險，攝像頭進一步確認障礙物的具體形狀和類別，二者融合的數(shù)據(jù)幫助機器人及時、準確地規(guī)劃避讓路徑，安全地在室內(nèi)穿梭，為用戶提供服務。再如在工業(yè)巡檢場景中，機器人利用毫米波雷達遠距離檢測設備的運行狀態(tài)(如是否有部件異常振動、位移等)，攝像頭則對設備的外觀細節(jié)進行拍攝，識別可能存在的故障跡象(如表面磨損、裂紋等)，融合后的信息使機器人能夠全面評估設備狀況，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并上報。

結語

毫米波雷達感應技術憑借其高分辨率、強環(huán)境適應性、遠探測距離和高運動靈敏度等優(yōu)勢，在人形機器人的感知系統(tǒng)中扮演著重要角色。而傳感器融合技術的應用，則進一步提升了機器人對復雜環(huán)境的感知能力，使其能夠更準確、可靠地獲取環(huán)境信息，做出明智決策。隨著技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，毫米波雷達與其他傳感器的融合方案將不斷優(yōu)化，為人形機器人在更多領域的廣泛應用提供堅實的技術支撐，推動機器人產(chǎn)業(yè)邁向新的高度，在未來的智能生活和生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。