發布日期：2022-10-07 點擊率：136
實時避障是實現智能化機器人自主工作能力的關鍵技術，也是國內外智能機器人近期發展的一個熱點。其顯著特征是具有傳感器信息反饋。目前，為了能在未知環境下自主地工作，多關節機器人應具有感受作業環境和規劃自身動作的能力。而其中的關鍵問題之一是：在運動過程中如何利用傳感器對環境的感知。
在機器人運動規劃過程中傳感器主要為系統提供兩種信息：機器人附近障礙物的存在信息；障礙物與機器人間的距離。近幾年，應用到機器人運動規劃的傳感器一般分為兩大類：無源式傳感器和有源式傳感器。超聲波傳感器和紅外傳感器作為一種有源式傳感器，
在多關節機器人系統實時避障中具有以下應用：
超聲波傳感器
超聲波傳感器是靠發射某種頻率的聲波信號，利用物體界面上超聲反射，散射檢測物體的存在與否。超聲波在空氣中傳播時如果遇到其它媒介，則因兩種媒質的聲阻抗不同而產生反射。因此，向空氣中的被測物體發射超聲波，檢測反射波并進行分析，從而獲到障礙物的信息。
超聲波傳感器由于信息處理簡單、快速并且價格低，被廣泛用在機器人測距、定位及環境建模等任務中。但在多關節機器人實時避障系統中存在一定的局限性，主要表現在四個方面：
（1）因為超聲波的波長相對長一些，對于稍大的扁平的障礙物可以發生鏡面反射，傳感器由于接收不到反射信號，使此障礙物不能被檢測到。
（2）盲區較大，因為每個超聲換能器既作超聲發射器又作超聲接收器，因此不能同時發射超聲和接收超聲。在發射超聲后必須經過一段時間才能處理返回的聲波。如果障礙物距離太近(<30左右)，則傳感器收不到返回的聲波，所以該類傳感器存在測量盲區。
（3）表現在探測波束角過大，方向性差，往往只能獲得目標的距離信息，不能準確地提供目標的邊界信息，單一傳感器的穩定性不理想等。在實際應用中，往往采用其它傳感器來補償，或采用多傳感器融合技術提高檢測精度等。
（4）由于超聲波受環境溫度，濕度等條件的影響，以及超聲固有的寬波束角，超聲波傳感器在測距時，所測量的值與實際的值的誤差較大。
蛇形多關節機器人（資料圖）
紅外傳感器
紅外傳感器，經常被國內外學者應用在多關節機器人避障系統中，用來構成大面積機器人“敏感皮膚”。紅外傳感器覆蓋在機器人手臂表面，可以檢測機器人手臂運行過程中的各種物體。傳感器發出的光的波長大約在幾百納米范圍內，是短波長的電磁波。
紅外傳感器具有以下特點：不受電磁波的干擾、非噪聲源、可實現非接觸性測量。另外，紅外線(指中、遠紅外線)不受周圍可見光的影響，故可在晝夜進行測量。
同聲納傳感器相似，紅外傳感器工作處于發射/接收狀態。這種傳感器由同一發射源發射紅外線，并用兩個光檢測器測量反射回來的光量。由于這些儀器測量光的差異，它們受環境的影響非常大，物體的顏色、方向、周圍的光線都能導致測量誤差。但由于發射光線是光而不是聲音，可以希望在相當短的時間內獲得較多的紅外傳感器測量值。測距范圍較近，大致為30cm以內。
傳感器的選擇
另外，在這一領域對傳感器進行采購時，需注意的是，任何類型的傳感器都有各自的優點和不足，選用時務必要仔細考慮各種因素。傳感器的選擇好壞直接關系到多關節機器人采集周圍環境信息量的多少，因此目前機器人避障系統選擇傳感器類型和數量有兩種不同的方法：基于環境的優化原則選擇法和基于任務選擇法。
(1)基于環境的優化原則選擇法：設計階段的預選擇以及適合環境和系統狀態變化的實時選擇，前者給出了恰當的傳感器數量和操作速度之間的關系，該關系可決定多傳感器避障系統中傳感器單元的優化排列，后者通過貝葉斯方法利用任何先驗的物體信息決定傳感器的定位，使傳感器對障礙物體假設不確定性最小。
(2)基于任務的選擇法：此方法主要思想是基于避障的任務，將完成該任務的過程按時間及感知范圍劃分為若干段，即將任務分解，根據每個階段所需的傳感器信息合理地選擇傳感器的種類和數量。
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