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【知识】仿人机器人相关知识大汇集

2016-07-13 11:41
逆光飞舞
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  3.软件实现

  传感器系统数据采集与处理单元采用ARM9微处理器,主要完成以下功能:实现对加速度计的控制和加速度的测量,并根据加速度值,计算机器人的倾角;实现对超声波传感器的控制,完成距离信息的计算;实现对红外传感器的控制,完成距离信息的获取;对获得的倾角、超声波测距和红外测距数据,按照规定的通信协议发送给上位机,程序主流程如图3所示。

  程序首先要初始化,主要包括系统时钟的选择、管脚的分配、中断优先级、定时器时钟和工作方式的选定等。在ARM9内部资源中,具有PCA定时器单元和A/D单元,这些方便了对本传感器系统的数据采集。防止超声波传感器之间发生串扰,对超声波传感器采用轮流测量的方式。由于超声波传感器的工作周期为50ms,当工作时间少于50ms时,超声波传感器会误认为下次测量发送超声波产生的干扰为本次的回波,造成距离测量上的失真,而红外传感器建立电压的时间只需要5ms,所以在编程上,利用定时器0产生50ms延迟,依次对3对超声波传感器和红外传感器进行数据采集。由于加速度传感器和红外、超声传感器之间是独立的,而且数量只有一个,它的采集过程只依赖于PCA捕捉模块捕捉到的时刻,所以加速度计信息的采集和预处理工作可贯穿于150ms以内。在完成对传感器系统的信息采集和预处理后,还要将获取的数据发送给上位机,为上位机的决策提供必要的数据。

  4.实验验证

  4.1加表实验

  由于当机器人倾斜的时候,重力加速度会在加速度两轴上产生分量,这时加速度值为Ax=gsinα和Ay=gsinβ。在加速度计水平放置的时候,Ax=gsinα,由于条件的限制,很难使加速度计达到绝对水平。在α=0附近,sinα变化幅度大,这样会影响标定效果,而在a=π/2附近,sinα变化幅度较小。为了得到较好的加速度计标定效果,采用了竖直标定的方法,即将PCB电路板用细线悬挂起来,分别得到g和-g时的值,通过计算就可得到加速度在0g时的值。由于ADXL202的输出含有高斯白噪声,应用直接采来的数据会有较大的误差,因而需要对采集来的数据进行处理后再加以应用。

  通过平均值滤波可降低噪声的影响,假设Xi为直接采集来的数据,Yi为平均值滤波后的数据,Yi=(∑xi)/n,由概率论知识可知,EYi=EXi,DYi=DXi/n。从中可看出平均值滤波的效果与平均点数n有关,n越大,滤波效果越好。考虑到机器人的运动情况,可取n=15,即噪声的方差变为原来的1/15。图4是DF-1机器人在运动过程中获取的倾斜角度值。其中L1表示了机器人的俯仰角度,L2表示了机器人的横滚角度。

  由于DF-1仿人机器人体型较小,运动较为缓慢,在障碍距离测量上,能够对付2m以内的障碍就可满足应用要求。在2m以内不同距离上放置平面障碍,利用超声波和红外传感器测量这些距离信息,测得的距离与实际距离如表1所示。

  从表中可以看出,超声波测量距离的误差在2%以内,红外传感器测量距离的误差在4%以内,可以满足DF-1仿人机器人的应用要求。

  本文针对DF-1机器人要实现的功能,基于ARM9微处理器设计了传感器系统。试验结果证明,本传感器系统基本可以满足机器人的功能需求,具有一定的应用价值。具备传感器系统的DF-1机器人对外界环境和自身状态有了一定的感知能力,为上位机进行动作决策提供可靠的依据,提高了机器人的智能性。

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