AGV传感器系统

2016-11-02 16:55:47 来源:网络 编辑:agvbaike
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智能化是未来机器人的发展方向,而智能化的基础是传感器技术的发展。在自主移动机器人AGV系统中,机器人在未知环境下必须依靠传感器信息,躲避障碍物向目标趋近。为了在复杂环境中获取有效的信息,机器人的传感器系统往往由种类不同的多个传感器组成。这些传感器检测到的数据经过融合后,才能准确的描述机器人周围环境特征,为定位、导航、操作的规划与控制提供可靠的依据。同样自动导航小车上也安装了多种传感器,有超声波传感器、红外传感器和陀螺仪。

超声波与红外传感器
超声波传感器作为一种典型的测距传感器,目前已被广泛地应用于移动机器人系统中。虽然传感器种类众多,但是,它与基于图像的光学传感器相比,超声波传感器具有操作简单、处理速度快、不受光线条件限制等优点;与其它测距传感器相比,超声波传感器的价格低于激光雷达,使用和数据处理都很方便,而且可靠性比红外好,超声波传感器独有的许多特点,使其在实际中得到了广泛的应用。
将超声波传感器应用于AGV小车中时,将超声波传感器分别安装于AGV车体的四个侧面中心位置,根据需要定义其检测范围(近距点和远距点)。根据被检测物落在其检测范围内、外时的输出不同,可粗略判断被检测物的位置。当AGV向前运动时,可根据其输出的突变对AGV进行运动控制——减速和准停(前提是在AGV的运动方向上无意外障碍物)。超声波探测系统硬件主要由超声波发生电路、超声波接收电路、串口通信接口电路和机器人电机调速等模块组成。超声波发射部分主要由激励信号发生电路、缓冲升压放大和超声波换能器等环节构成。为有效探测小车周围的环境信息,要尽量使超声波发射频率达到40kHz的最佳工作频率。超声波的接收与发射必须协调一致工作才能保证信号准确灵敏的接收。
当超声波发射器激发出一个短暂的脉冲波时,计时开始,当超声波接收器收到第1个回波脉冲后,计时立即停止。如果温度变化不大,则可认为C是基本不变的。如果测量精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返时间,即可求得距离小车 
就可以初步地判定周围环境障碍物的分布情况。在测距精度不是很高的情况下,一般认为C为常数340m/s。超声波传播具有方向性,且时间长度与声波通过距离成正比, 因此,其测距准确与否取决于超声波的入射角和目标物体表面形状。
红外传感器:红外传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质,只要它本身具有一定的温度(高于绝对零度),都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直 接接触,因而不存在摩擦,并且有灵敏度高,响应快等优点。因此,选用红外传感器为 AGV中的接近开关,检测距离为5cm。
陀螺仪
自动导航小车控制的关键是对其位置、姿态的确定和推算。目前,对姿态测量常用方法之一是用陀螺仪测得其瞬时角速度,然后,进行数字积分,进而得到车体的方位角。但是,在实际使用过程中,突出的问题是噪声对陀螺仪输出有很大的影响,给后续控制AGV带来很大的障碍。当前处理噪声的方法主要有硬件除噪和软件除噪。硬件除噪要考虑电路的可靠性、稳定性,且要追加成本。软件除噪则较为灵活,成本较低,被广泛采用。
陀螺仪测量原理:陀螺仪是由敏感器件和电子线路两部分组成的,敏感器件是一根贴有压电晶体的金属梁。 由于压电效应,在输出轴方向的压电片上出现与该方向梁的位移成正比的输出电压。输出电压与振动输入的最大振幅及输入角速度成比例,同时是振动轴和输出轴谐振频率的函数。对于满足一定技术指标的压电陀螺,输出电压 仅与输入角速度成线性关系。
由于驱动电路对敏感器件的作用,梁将产生一定频率和振幅的振动,当敏感方向上有角速度输入时,读出放大器将读出换能器(压电片)上的信号加以放大,经过解调器解调,便可以检测出由惯性力引起的信号,获得与输入角速度成正比的电压信号。为了改善陀螺的动态响应特性,加阻尼电路,对外电源进行稳压。

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