移动机器人与运动方式

地形可通过性

地形可通过性,是机器人对前方一块地面能不能真正走过去所做的判断——能不能安全通过,而不卡住、不翻倒、不把自己弄坏。它相当于登山者每迈一步前对路况的快速一瞥的机器版本:那个坡是不是太陡?那片泥是不是太软?石头之间那道缝,是不是宽得我的腿迈不过去?答案往往不是简单的“能”或“不能”,而是一个程度问题,而且很大程度上取决于发问的是哪一种机器人。一段楼梯,对腿式机器人是轻松的障碍,对轮式机器人却是一堵硬墙,对无人机则毫不相干——所以可通过性永远是针对某一具体身体来评判的,而不是抽象地谈论。

为了做出这个判断,机器人要从传感器读取地面的形状和质地——通常是一台深度摄像头或激光扫描仪,它们返回一团三维点云——然后按几项实用的性质,给地面上一个个小格子打分。坡度是地面有多倾斜:平缓没问题,太陡就有向后或侧向翻滚的风险。粗糙度是地面有多坑洼不平:平整的路面好走,一片松动的鹅卵石却会颠簸并卡住轮子。障碍是凸起或下陷的东西——大石块、路缘、沟渠、台阶——必须翻越、跨过或绕开。表面性质是地面由什么构成:坚硬的岩石抓地好,而沙子、雪、冰或湿树叶,哪怕看上去平得很,也可能让机器人打滑、下陷或深陷其中。

其结果通常被画成一张可通过性地图:一种铺在世界之上的彩色栅格,绿色表示可以走,红色表示要避开,介于其间的深浅则表示谨慎前行。随后,负责给机器人规划路线的规划器,会把这张图当作一幅标出了禁区的登山地图来用,绕开红色、在绿色之间穿行。把这件事做对,正是一台送货小车能否自信地沿人行道滚动,而不是从路缘上栽个跟头、或在花坛里彻底陷住,两者之间的区别。

火星车的摄像头发现前方有一片沙丘。尽管地面看上去很平,可通过性地图却把它标成深红——以前的火星车曾把轮子陷进松软的沙里——于是路线规划器让车转向,改走更结实的岩石地面。

平坦不等于安全——松软的沙子可能比结实的凸起评分更糟。

可通过性是因机器人而异的:同一道乱石坡,对腿式机器可能评为容易,对轮式机器却是无法通行,所以为一台机器人画的图,对另一台未必适用。

又称
traversabilityground passability可通行性可通行性评估