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机器人系统中 自主导航是一项核心技术

2016-09-16 00:10
老猫
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  2、光反射导航定位

  典型的光反射导航定位方法主要是利用激光或红外传感器来测距。激光和红外都是利用光反射技术来进行导航定位的。

  激光全局定位系统一般由激光器旋转机构、反射镜、光电接收装置和数据采集与传输装置等部分组成。工作时,激光经过旋转镜面机构向外发射,当扫描到由后向反射器构成的合作路标时,反射光经光电接收器件处理作为检测信号,启动数据采集程序读取旋转机构的码盘数据(目标的测量角度值),然后通过通讯传递到上位机进行数据处理,根据已知路标的位置和检测到的信息,就可以计算出传感器当前在路标坐标系下的位置和方向,从而达到进一步导航定位的目的。

  如图是一个LDSR激光传感器系统原理框图。激光测距具有光束窄、平行性好、散射小、测距方向分辨率高等优点,但同时它也受环境因素干扰比较大,因此采用激光测距时怎样对采集的信号进行去噪等也是一个比较大的难题,另外激光测距也存在盲区,所以光靠激光进行导航定位实现起来比较困难,在工业应用中,一般还是在特定范围内的工业现场检测,如检测管道裂缝等场合应用较多。

  红外传感技术经常被用在多关节机器人避障系统中,用来构成大面积机器人“敏感皮肤”,覆盖在机器人手臂表面,可以检测机器人手臂运行过程中遇到的各种物体。典型的红外传感器工作原理如图所示。该传感器包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管。由红外发光管发射经过调制的信号,红外光敏管接收目标物反射的红外调制信号,环境红外光干扰的消除由信号调制和专用红外滤光片保证。设输出信号Vo代表反射光强度的电压输出,则Vo是探头至工件间距离的函数:

  Vo=f(x,p)

  式中,p—工件反射系数。p与目标物表面颜色、粗糙度有关。x—探头至工件间距离。

  当工件为p值一致的同类目标物时,x和Vo一一对应。x可通过对各种目标物的接近测量实验数据进行插值得到。这样通过红外传感器就可以测出机器人距离目标物体的位置,进而通过其他的信息处理方法也就可以对移动机器人进行导航定位。

  虽然红外传感定位同样具有灵敏度高、结构简单、成本低等优点,但因为它们角度分辨率高,而距离分辨率低,因此在移动机器人中,常用作接近觉传感器,探测临近或突发运动障碍,便于机器人紧急停障。

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