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傳感器在機(jī)器人控制中的信息融合技術(shù)

作者: 時(shí)間:2017-10-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  設(shè)計(jì)一款可以尋線,沖線并在過程中實(shí)現(xiàn)投球功能的,需要技術(shù)的支持,在實(shí)驗(yàn)中的整體結(jié)構(gòu)中安裝了三個(gè)紅外和一個(gè)光感,這里主要分析各傳感器的實(shí)際應(yīng)用總結(jié)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201710/367862.htm

  本論文主要介紹是以單片機(jī)ATmega16為智能控制系統(tǒng)核心,在移動(dòng)的系統(tǒng)中應(yīng)用光感傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)障礙物的一系列行為;通過紅外傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在移動(dòng)過程中對(duì)黑色膠條的尋線,轉(zhuǎn)彎的過程。

  1.紅外傳感器的應(yīng)用

  紅外傳感器一般是由光學(xué)系統(tǒng),探測(cè)器,信號(hào)調(diào)理電路及顯示單元等組成的。紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心,它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測(cè)紅外輻射的。自然界中任何物體只要溫度高于絕對(duì)零度都能產(chǎn)生紅外輻射,而且溫度越低的物體輻射的紅外線波長(zhǎng)越長(zhǎng),根據(jù)需要通過調(diào)節(jié)光暈的大小精確度選擇性的接受某一定范圍內(nèi)的波長(zhǎng)就可以達(dá)到測(cè)量的目的,紅外傳感器能把紅外輻射量變化轉(zhuǎn)換成電量變化。

  本次實(shí)驗(yàn)中我們用的SHARP電紅外傳感器,它的制作簡(jiǎn)單,成本低,安裝比較方便,性能穩(wěn)定,但是因?yàn)殚L(zhǎng)期的使用,其精度有所降低。

  在機(jī)器人行進(jìn)中,我們借助紅外傳感器和地板上的色帶軌跡可以沿著既定路線自動(dòng)行駛,路徑可任意,由于我們機(jī)器人的展示在室外,機(jī)器人在辨識(shí)路徑時(shí),可能受到自然環(huán)境下可見光的影響,導(dǎo)致光感傳感器辨識(shí)不準(zhǔn),而紅外傳感器可以濾除自然光照條件下的各種光,可以使得反饋值的準(zhǔn)確性大大增加。

  因?yàn)槲覀兊能壽E線是黑色的而兩側(cè)是白色的,左側(cè)的傳感器控制右電機(jī),而右側(cè)的傳感器控制左電機(jī)。假設(shè)機(jī)器人的縱軸中線向左偏離黑色軌道線時(shí),其中右側(cè)傳感器的光電管探測(cè)到軌跡線反射回來,是該傳感器輸出為高電平,而左側(cè)傳感器仍保持原狀態(tài),輸出為低電平。通過與程序中的數(shù)值比較(見表1.1),此刻應(yīng)該反饋的結(jié)果是左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn),右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn),使得車身相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)(角度可以通過程序控制,且轉(zhuǎn)角度越小,行進(jìn)過程中越精確,時(shí)間停頓越?。?,這樣偏離的方向可以修正。在矯正路徑中,兩只電機(jī)不斷交替工作,是機(jī)器人實(shí)際上是緊靠著軌跡線向前方進(jìn)行“之”字形運(yùn)行的。我們的機(jī)器人上的第三只傳感器作為沖線裝置使用,它的優(yōu)先級(jí)比另外兩個(gè)要高,當(dāng)其反饋一個(gè)高電平以后,其余兩個(gè)傳感器的反饋信號(hào)直接屏蔽,機(jī)器人直線運(yùn)行沖出終點(diǎn)線。

  因?yàn)榈谌粋鞲衅鲀?yōu)先級(jí)的問題我們?cè)僭O(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)和角度的設(shè)計(jì),需要不斷在實(shí)驗(yàn)中修改,以達(dá)到最滿意我們要求的精度。

  

  2.光電傳感器

  光感式傳感器是基于光電效應(yīng)的傳感器,在收到可見光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng),將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。光電傳感器一般是由光源,光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光強(qiáng),光線的遮擋,透射,反射等測(cè)量多種物理量,如尺寸,位移速度,溫度等,也因此這是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。

  我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中應(yīng)用的是反射型光電開關(guān),它在光電器的一端有兩個(gè)感受器,一個(gè)是發(fā)射器,一個(gè)是接收器。若再在發(fā)射器延長(zhǎng)的一定范圍內(nèi),若無障礙物,則不會(huì)產(chǎn)生任何反饋,處于低電平狀態(tài),機(jī)器人的機(jī)械臂仍維持原狀態(tài);當(dāng)其方向上產(chǎn)生障礙物遮蔽,則會(huì)在傳感器和遮擋物之間形成光線反饋到接收器上,光電器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖反饋回cpu,使得機(jī)械臂產(chǎn)生動(dòng)作。

  機(jī)器人的行進(jìn)中,考慮到機(jī)械臂在執(zhí)行一系列動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定時(shí)間的延時(shí),故我們將光電傳感器成45度角向前傾斜,提前感知圓柱筒,當(dāng)光感器感知遮蔽物時(shí),機(jī)械臂進(jìn)行反轉(zhuǎn),并將爪中的小球投入圓筒中,完成投球動(dòng)作。(圖1.1)

  在不斷的實(shí)驗(yàn)測(cè)量中,我們不斷調(diào)整機(jī)械臂的高度,光感器的角度,與遮蔽物的距離,以達(dá)到最好的測(cè)量效果,使小球精確的投入前提下,盡量不減緩小車前進(jìn)的速度。

 

  以上兩種只是我們?cè)谥谱骱?jiǎn)易的移動(dòng)機(jī)器人中傳感器的使用,在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)作中還會(huì)用很多不同種類的傳感器。機(jī)器人是一門涉及技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛的學(xué)科,其中傳感器和控制技術(shù)是核心的技術(shù),所以絕大部分機(jī)器人應(yīng)用中都可以看到傳感器的存在,所以多傳感信息融合技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。而最突出的,應(yīng)該是很多研究機(jī)構(gòu)為了探討多傳感器數(shù)據(jù)融合的一般規(guī)律而在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的各種可移動(dòng)器人或各種環(huán)境下的自動(dòng)駕駛裝置。從網(wǎng)上搜尋了一些多傳感器融合的比較著名的作品 。

 

  而這種多傳感器信息融合系統(tǒng)與單傳感器信號(hào)處理方式相比,多傳感器信息融合系統(tǒng)可以有效的利用傳感器資源,可以更大程度的獲得被測(cè)目標(biāo)和環(huán)境的信息量。多傳感器信息融合和單傳感器信號(hào)處理方法之間也存在本質(zhì)的區(qū)別,其關(guān)鍵在于信息融合所處理的多傳感器信息具有更復(fù)雜的形勢(shì),而且可以在不同的信息層次上出現(xiàn)。

  多傳感器信息融合的基本目標(biāo)是基于各傳感器分離觀測(cè)信息,通過對(duì)信息的優(yōu)化組合導(dǎo)出更多有效信息,這是最佳協(xié)同作用的結(jié)果。它的最終目的是利用多個(gè)傳感器共同或聯(lián)合操作的優(yōu)勢(shì),來提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的有效性。

  多傳感器信息融合技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用現(xiàn)在已發(fā)展成為一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域,為移動(dòng)機(jī)器人探索不確定和未知環(huán)境提供了一種技術(shù)途徑。而移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科交叉發(fā)展的領(lǐng)域,現(xiàn)今只是設(shè)計(jì)了比較底層的機(jī)器人硬件和軟件,以后需要完善這些理論和結(jié)果,此外,還有許多問題需要繼續(xù)深入的研究。

  



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