史兆偉，潘 濤，樊 宙

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

機器人是一種能夠代替人工作業(yè)的智能機器，在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，比如說衛(wèi)生、教育等領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們越來越關(guān)注機器人在危險和惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，源于當事故發(fā)生的時候機器人能夠在一定程度上減少人員的傷亡，比如說在海底探測、礦難偵查的過程中，能夠代替救援人員對現(xiàn)場的情況進行勘查。在相對比較復(fù)雜的環(huán)境中，沒有辦法和救援機器人進行實時的暢通，就需要機器人利用自身的環(huán)境感應(yīng)系統(tǒng)和自主導(dǎo)航能力完成相關(guān)的救援探查工作。在文章的分析中主要是針對礦山救援中的機器人進行分析和研究，對自身系統(tǒng)中具備的超聲波感應(yīng)系統(tǒng)進行探討，旨在促進救援機器人的傳感器技術(shù)。

1 超聲波傳感器的特點

超聲波傳感器在救援過程中被得到了廣泛的運用，因此價格相對比較低廉，并且在實際運用的過程中受到環(huán)境影響的因素比較少，能夠有效的實現(xiàn)定位和環(huán)境的建模，就超聲波傳感器本身具有的特點和其他的測距方法進行分析和研究，主要存在以下幾個特點：

（1）分辨率高。和其他的測距方式進行對比，超聲波傳感器的波速相對比較小，能夠直接測量目標距離，縱向的分辨率也比較高。

（2）不受環(huán)境影響。和其他的測距方法進行對比，超聲波對光照度和電磁場的反應(yīng)不是那么敏感，由此受環(huán)境影響的因素比較少，能夠廣泛的應(yīng)用在相對比較惡劣的環(huán)境中，比如說在礦難事故發(fā)生的時候，應(yīng)用在氣體爆炸的有害環(huán)境中，并且在運用超聲波的過程中其自身的傳感系統(tǒng)不會受到外界環(huán)境條件的影響，比如說氣候、溫度等等相關(guān)的外界氣候條件，因此在使用超聲波傳感器的過程中會受到外界環(huán)境溫度的干擾，但是能夠運用多種方法進行補償，有效的降低失誤率，根據(jù)不用的精度要求使用不同的方法進行彌補，在一定程度上提高了超聲波傳感器的精準度。

（3）范圍較大。和其他的測距技術(shù)進行對比，超聲波傳感器所發(fā)出的波長比較短，能夠?qū)χ車沫h(huán)境進行覆蓋，因此在開展相關(guān)救援工作的時候能夠使用較少的超聲波傳感器數(shù)量對較大的測量范圍進行有效的覆蓋，這在一定程度上也提高了工作的效率，實現(xiàn)了高效的救援開展。

2 超聲波傳感器的選擇

（1）基本工作原理。超聲波傳感器的工作原理就是通過超聲波在介質(zhì)中進行傳播，在傳播的過程中會遇到障礙物，在遇到障礙物之后會進行超聲波的反射，在介質(zhì)中反射之后達到探頭，實現(xiàn)探頭的接收，這是超聲波的工作過程。在這個過程中測距的主要原則是通過超聲波從發(fā)射之后到接收到探頭信息所需要的時間并根據(jù)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度以此對探頭到障礙物的間距進行計算。一般來說在探頭進行發(fā)射的時候有兩種工作方式，第一種是單探頭的方式，第二種是雙探頭的方式[1]。

（2）工作方式。自發(fā)自收的單探頭方式是普遍使用的工作方式，因為在計算測量距離的時候相對比較簡單，而雙探頭計算的工作方式在進行在計算的時候需要做一些修正。其次是因為如果使用雙探頭測距方式那么所需要的探頭數(shù)量就會增加，所使用的插件和電纜的數(shù)量就會不斷的增加，在這個過程中發(fā)生故障的可能性就會逐漸的增大。但是在特殊的情況下也會使用一發(fā)一收的雙探頭方式，比如說當測量的距離相對較大的時候，為了在一定程度上增加發(fā)射的功率，就需要用大功率的超聲波發(fā)射換能器進行接收[2]。

因此在選擇超聲波傳感器的時候要根據(jù)當時的實際情況和測量的精度、范圍選擇合適的超聲波傳感器開展相關(guān)的救援工作。

3 提高測量精度、消除誤差

在超聲波傳感器開展相關(guān)救援活動的過程中，會受到各個因素的影響，進而影響到最后的測量結(jié)果，比如說超聲波傳感器在發(fā)射過程中的波速，探頭從發(fā)射到接收過程中產(chǎn)生的時間以及探頭不同的工作方式等等，因此要從各個方面提高測量的精度，有效的消除誤差[3]。

（1）超聲波速度的溫度補償法。超聲波的探頭因為是在介質(zhì)中傳播的，而介質(zhì)因氣候、天氣等原因所產(chǎn)生的溫度也是不一樣的，因此超聲波會受到溫度的影響，通過實踐的分析證明，聲速會受到溫度的影響，聲速會隨著溫度的升高在逐漸的升高。因此在用超聲波測量距離的時候用溫度補償法對最后的結(jié)果進行有效的矯正。

（2）減少時間誤差。在減少時間誤差的過程中可以通過計時精度的提高在一定程度上減少時間量化的誤差，或者是針對回波時間準確的進行確定有效的減少時間上面的誤差。

（3）調(diào)節(jié)接收回路。在超聲波回波的過程中其幅值會因為傳播距離造成一定的影響，因此在超聲波傳感器運用的過程中可以在回路中串入自動增益調(diào)節(jié)的環(huán)境，這樣能夠促使電路的方法變數(shù)隨著和障礙物之間的距離逐漸的進行增加，這樣最后的幅值結(jié)果并不會因為測量距離的增加受到一定的影響。

（4）入射角。在對面和點的距離進行測量的時候，障礙物、探頭和接收頭之間存在一定的角度，也就是說反射和回波之間存在一個角度，如果這兩者之間所形成的角度不是直角的時候，那么超聲波傳感器系統(tǒng)所測量出來的距離就不會實際上存在的距離，也就是說最后的結(jié)果會產(chǎn)生一定的偏差，實際的距離和測量出來的距離是不相符合的，那么為了有效地降低誤差，當障礙物的距離較小的時候就可以利用幾何的關(guān)系來消除誤差，降低最后實際距離存在的誤差率。

（5）消除盲區(qū)信號干擾。當發(fā)射頭和接收頭之間的距離相對比較近的時候，就會導(dǎo)致發(fā)射頭的串擾，在一定程度上影響到最后的測量結(jié)果，所以在利用超聲波傳感器工作的過程中，要對現(xiàn)有的干擾情況進行有效的消除，采取從發(fā)射到虛假發(fā)射的時間利用軟件進行屏蔽中斷，這樣就能夠消除盲區(qū)信號的干擾。

4 總結(jié)

綜上所述，在礦山救援機器人使用的過程中，其超聲波傳感器會受到多種因素的影響，造成最后測量數(shù)據(jù)結(jié)果的誤差，要采取有效的促使提高測量的精準度，這樣才能在開展礦山救援工作的過程中發(fā)揮最大的價值，保障救援人員的安全，降低事故發(fā)生之后人員的傷亡和經(jīng)濟的損失。