郭婧 馬成華

摘 要：避障能力能夠?yàn)闄C(jī)器人完成任務(wù)提供保障，而利用避障算法需要建立環(huán)境模型，計(jì)算量大并且效果較差。采用傳感器方案設(shè)計(jì)的機(jī)器人可避免傳統(tǒng)方案不足，從而使工作效率提升。本文就基于多超聲傳感器的機(jī)器人安全避障技術(shù)運(yùn)用作簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：多超聲傳感器 機(jī)器人 安全避障技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0126-02

隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，機(jī)器人工作環(huán)境日益復(fù)雜，避障能力成為了衡量機(jī)器人研發(fā)水平的重要因素。新的避障技術(shù)應(yīng)用能夠使機(jī)器人在復(fù)雜的情況下判斷周圍的情況，從而有效地避免障礙，使工作得以順利完成。

1 多傳感器系統(tǒng)與信息處理融合技術(shù)

多傳感器數(shù)據(jù)融合其實(shí)質(zhì)是對(duì)人腦處理問(wèn)題的一種模擬，在該系統(tǒng)中，不同傳感器能夠提供不同特征的信息。實(shí)時(shí)或者是非實(shí)時(shí)，實(shí)變或者是非實(shí)變的。系統(tǒng)工作原理就是利用不同傳感器資源，通過(guò)合理使用與支配，通過(guò)分析信息從而對(duì)對(duì)象進(jìn)行描述或解釋。信息融合目的在于基于不同傳感器獲得的信息，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與組合從而獲得更多的有效信息。

多傳感器系統(tǒng)資源利用效率能夠有效提升，從而最大限度獲得關(guān)于被探測(cè)對(duì)象相關(guān)信息。多傳感器信息采用量增大，而信息在時(shí)間與空間、表達(dá)方式與可信度方面又存在差異，用途與側(cè)重點(diǎn)也不同。傳感器獲得的信息之間存有一定的關(guān)聯(lián)，利用多傳感器系統(tǒng)并且各部分工作協(xié)調(diào)，能夠?yàn)楣ぷ饔行ч_(kāi)展提供保障。

2 超聲傳感器應(yīng)用機(jī)器人避障

超聲傳感器應(yīng)用的是掃描觸發(fā)方式，能夠有效避免相互間交叉感染，檢測(cè)實(shí)時(shí)性又能夠得到提升，單個(gè)傳感器發(fā)出的超聲波能量集中于波束的中央，超聲波有方向性，能夠?qū)σ欢ǚ较蛏系恼系K物進(jìn)行探測(cè)。比如某類型的傳感器，方向開(kāi)角是30度，距離測(cè)算原理是對(duì)發(fā)射與接收聲波的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合到空氣中聲波傳輸?shù)乃俣葟亩?jì)算得到障礙物體的距離。考慮到單個(gè)傳感器只能對(duì)一定范圍內(nèi)障礙物進(jìn)行探測(cè)，對(duì)于其他方向的障礙物無(wú)法有效地探測(cè)并且由于存在幻影，會(huì)影響到測(cè)算距離的準(zhǔn)確性。因此需要利用數(shù)量不等的傳感器，作出與之相應(yīng)的距離與方向隸屬度函數(shù)，考慮到計(jì)算工作量與運(yùn)算的效率，通常采用線性函數(shù)。將傳感器設(shè)置為弧形排列，傳感器之間保持固定的間隔，依據(jù)實(shí)際情況可以進(jìn)行靈活調(diào)整，依據(jù)傳感器的排列位置與方向角并利用方向隸屬函數(shù)，從而獲得傳感獲得傳感器位置隸屬度。比如設(shè)置障礙物方向模糊語(yǔ)言集合，{右，右偏，前方，左偏，左}，設(shè)定對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言變量，可以用其對(duì)應(yīng)的英文單詞首字母替代。由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)環(huán)境條件復(fù)雜并且未知，因此建立精確的數(shù)學(xué)模型障礙物位置進(jìn)行預(yù)測(cè)難度非常大，而利用模糊算法則具有良好的適用性，依據(jù)傳感器探測(cè)距離與方向，就可以得到關(guān)于障礙物方向、距離的模糊關(guān)系。

3 基于超聲的移動(dòng)機(jī)器人定位技術(shù)

定位技術(shù)可以將其分為相對(duì)定位與絕對(duì)定位技術(shù)兩種，前者的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在短期精度高，價(jià)格低廉。但是此方法無(wú)法避免時(shí)間漂移問(wèn)題，路徑在增加的同時(shí)，細(xì)小誤差經(jīng)過(guò)積累會(huì)無(wú)限增大，因此此種技術(shù)不適用于長(zhǎng)距離與長(zhǎng)時(shí)間定位。絕對(duì)定位技術(shù)中較為常見(jiàn)的技術(shù)包括了地圖匹配定位、路標(biāo)定位，路標(biāo)定位在實(shí)際工作應(yīng)用比較廣泛。首先需要在機(jī)器人工作環(huán)境中設(shè)置路標(biāo)，之后利用機(jī)器人自身探測(cè)器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，利用獲得的信息構(gòu)造局部地圖并將其與原有的地圖進(jìn)行比較，如果二者相匹配就能夠得到機(jī)器人在工作中正確的方向與位置。

依據(jù)已經(jīng)掌握的信息可以將其分為環(huán)境信息已知的離線全局路規(guī)劃，環(huán)境信息部分已知或者未知的離線路徑全局規(guī)劃。路徑規(guī)劃工作采用的方法包括柵格法與可視圖法。利用后者能夠獲得最短路徑，而前者是將環(huán)境分解為包含信息的單元網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格都有累積值，表示此位置存在障礙物體的可能性。傳感器通過(guò)對(duì)環(huán)境進(jìn)行快速采樣，從而不斷地檢測(cè)獲得關(guān)于障礙物體的柵格?？刂扑惴ǖ男阅苤饕艿綎鸥翊笮〉挠绊?，柵格越小環(huán)境分辨率就會(huì)越大，但是抗干擾的能力也就會(huì)越弱。相反抗干擾的能力就會(huì)越強(qiáng)，但是分辨率會(huì)降低，信息存儲(chǔ)量也會(huì)變小，在障礙物密集的情況下找出有效路徑的能力就會(huì)削弱。

4 基于多超聲傳感器的機(jī)器人安全避障技術(shù)運(yùn)用

如圖1所示，某型號(hào)機(jī)器人應(yīng)用超聲傳感器技術(shù)，機(jī)器人具備的功能包括避障，通過(guò)超聲波雷達(dá)傳感器檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)前方障礙物后，自動(dòng)減速停車；繞障，在寬度允許的路段，機(jī)器人檢測(cè)到障礙物后，通過(guò)側(cè)向移動(dòng)，利用路面寬度，繞開(kāi)障礙物，檢測(cè)到障礙物不處于運(yùn)動(dòng)前方后，繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)；繞行，在寬度不允許或繞障后也無(wú)法避開(kāi)障礙物時(shí)，重新計(jì)算行走路徑，按新的路徑繞開(kāi)障礙物路段，到達(dá)指定位置。

機(jī)器人采用激光無(wú)軌導(dǎo)航，激光導(dǎo)航掃描儀安裝于機(jī)器人后部，車身具備8個(gè)超聲波雷達(dá)傳感器（分別位于機(jī)器人前后）。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用4輪驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)向方式為滑移轉(zhuǎn)向。二維激光雷達(dá)掃描周圍環(huán)境，將掃描數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存地圖進(jìn)行比對(duì)、匹配，用于導(dǎo)航。有效檢測(cè)最大距離40～60m。掃描范圍190°，呈水平反角扇型檢測(cè)面。超聲波檢測(cè)范圍3m，呈錐形，障礙物小于1m，機(jī)器人減速，障礙物小于0.3m機(jī)器人急停。通過(guò)8個(gè)超聲波雷達(dá)，檢測(cè)范圍覆蓋機(jī)器人本體。以機(jī)器人在變電站應(yīng)用為例，通行于變電站主要道路，電纜溝蓋板、新建水泥道路。主要站內(nèi)道路寬度約3～5m左右。蓋板路寬度約1.2m，部分位置寬度2m。新建道路按標(biāo)準(zhǔn)修建的機(jī)器人同行專用道路，寬度1.2m?？赡艽嬖诘恼系K物有檢修圍欄高度約1m，用于將需要維修的部分隔離開(kāi)，有時(shí)會(huì)占用部分道路或全部截?cái)?。檢修車檢修時(shí)，停于主道路內(nèi)。通過(guò)將機(jī)器人應(yīng)用于實(shí)際工作，通過(guò)測(cè)試機(jī)器人能夠較好地完成工作，后續(xù)還需要對(duì)其中存在的不足之處改進(jìn)，從而使其能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

利用機(jī)械設(shè)備代替人工勞動(dòng)，能夠降低人工成本，同時(shí)確保工作人員安全。自動(dòng)化與智能化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在工作中應(yīng)用的范圍逐漸擴(kuò)大，而要使機(jī)器人順利完成工作，重點(diǎn)在于能夠避開(kāi)前進(jìn)路上各種障礙。基于多超聲傳感技術(shù)，機(jī)器人能夠感知周圍的環(huán)境，通過(guò)計(jì)算從而避免障礙物體，到達(dá)目的地開(kāi)始工作。隨著技術(shù)發(fā)展成熟，機(jī)器將會(huì)在多個(gè)領(lǐng)域替代人類工作，在確保工作質(zhì)量的同時(shí)，提升工作效率，同時(shí)降低成本，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益能夠得到保障。

參考文獻(xiàn)

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