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机器人中超声波传感器的应用解决方案

器人是由计算机控制的复杂机器,它具有类似人的肢体及感官功能;动作程序灵活;有一定程度的智能;在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用,正因为有了传感器,机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。因此机器人可代替或协助人类完成各种工作,凡是枯燥的、危险的、有毒的、有害的工作,都可由机器人大显身手。机器人除了广泛应用于制造业领域外,还应用于资源勘探开发、救灾排险、医疗服务、家庭娱乐、军事和航天等其他领域。机器人是工业及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。本文主要针对超声波传感器在机器的应用做一个简单的介绍。

超声波传感器是移动机器人避障、测距常用传感器之一。同时也是用来测量物体的距离,首先,超声波传感器会发射一组高频声波,一般为40-45KHz,当声波遇到物体后,就会被反弹回,并被接受到。通过计算声波从发射到返回的时间,再乘以声波在媒介中的传播速度(344 /秒,空气中)。就可以获得物体相对于传感器的距离值了。在实际应用中,对于机器人的应用来说,超声波传感器主要用来探测物体的距离以及相对于传感器的方位,以便可以进行避障动作。理想就是矩形,不但可以准确的获得物 体的距离值,也可以准确的获得方位值,就是正前方。但是实际上,超声波的波束根据应用不同,有宽波束,和窄波束。如果被探测物体处于合适的角度中,超声波传感器会获得正确的检测结果。但是,如果被测物体的角度有偏差,则传感器的测量结果中就会包含误差。其中可能会出现的误差有三角误差、镜面反射、多次反射等。因此传感器安装在机器人上时距离地面不能太近,太近容易产生干扰信号,而且容易将可以翻越的障碍物当成无法逾越的障碍物。传感器两探头间的距离不能太远也不能太近,太远测量误差过大,太近串扰信号过强。

在超声波传感器的使用过程中,需考虑到以下个问题:首先多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz,远远超出人耳能够听到的频率范围。但是周围环境有时也会产生类似频率的噪音。这些噪声会影响超声波传感器的测量结果。这时,可以通过对发射的超声波进行编码来解决,比如发射一组长短不同的音波,只有当探测头检测到相同组合的音波时,才进行距离计算。这样就可以有效的避免由于环境噪音所引起的误读。其次是当多个超声波传感器一起工作时,由于声波的反射,也会对测量结果的准确性产生影响,这是需要注意的。通过对超声波传感器的安放位置及其本身的性能指标进行仔细的设计,这种影响是可以消除的。被测物体的大小,也会对超声波传感器的探测能力有一定的影响。一般来说,对同一个超声波传感器来说,被测物体的体积越大,则反射的超声回波也越大,相应的探测距离就会越远。反之,被测物体较小时,则超声波传感器的探测距离也会比较近。

真正实际应用的过程中,一般是综合配置使用多种不同的传感器 ,以大化保证在各种不同的应用和环境条件下,机器人都能正确感知到障碍物信息。工釆网的机器人超声波传感器MB7360是一款高分辨率(1mm)、高精度低功耗的超声波传感器,它在设计上,不仅对干扰噪音做了处理,具备抗噪音干扰能力。而且对于大小不同的目标,和变化的供电电压,做了灵敏度的补偿。另外还具备标准的的内部温度补偿,可选的外部温度补偿,使得测量出来的距离数据更加精准。直接输出精确的距离读数,节省了MCU的资源,更合适应用于机器人领域。

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