机器人探测系统中超声波传感器的应用

随着社会的快速发展超声波传感器在机器人中的应用挺广泛的,下面针对传感器在机器人中的应用进行一下简单的介绍:

针对自主移动机器人沿墙导航过程,设计一种收发一体式超声波传感器与步进电机组成的探测系统。介绍此系统的结构和软硬件设计。实验总结超声波波束与目标物的入射角大小对测距稳定性的影响,提出搜寻离墙最近点的方法并应用于移动机器人自身位姿的矫正,且推广应用于移动机器人的环境探测。

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移动机器人要获得自主行为,其最重要的任务之一是获取关于环境的知识。这是用不同的传感器测量并从那些测量中提取有意义的信息而实现的。视觉、红外、激光、超声波等传感器都在移动机器人中得到实际应用。超声波传感器以其性价比高、硬件实现简单等优点,在移动机器人感知系统中得到了广泛的应用。但是超声波传感器也存在一定的局限性,主要是因为波束角大、方向性差、测距的不稳定性(在非垂直的反射下)等,因此往往采用多个超声波传感器或采用其他传感器来补偿。为了弥补超声波传感器本身的不足,又能提高其获取环境信息的能力,本文设计由一体式超声波传感器与步进电机组成的探测系统。

超声波传感器的探测原理及方法分析

超声波传感器的基本原理是发送(超声)压力波包,并测量该波包发射和回到接收器所占用的时间。

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其中,L为目标距超声波传感器的距离;c为超声波波速(为了简化说明,本文以下讨论的测量距离时不考虑波速受温度的影响);t为发射到接收的时间间隔。

由于用超声波测量距离并不是一个点测量。超声波传感器具有一定的扩散特性,发射的超声能量主要集中在主波瓣上,沿着主波轴两侧呈波浪型衰减,左右约30°的扩散角。事实上,式(1)计算度越时间的方式是基于超声波成功、垂直的反射名义下进行的。但对于移动机器人很难保证其自身运动姿态的稳定性,采用超声波传感器固定在移动机器人车身的探测方式,当移动机器人偏离平行墙面时,探测系统往往很难得到实际的距离。另外,超声波这种发散特性在应用于测量障碍物的时候,只能提供目标障碍物的距离信息,而不能提供目标的方向和边界信息。这些缺陷都大大限制了超声波传感器的实际应用和推广。

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本文在通过理论的分析和不断地试验的基础上,采用四相步进电机带动单个一体式超声波传感器旋转的方式,组成一个动态的感测系统。希望以上能对大家有帮助。