項(xiàng)玉+步新宇

摘 要：目前有很多人都在研究智能移動(dòng)機(jī)器人，也可以說(shuō)它引領(lǐng)了研究界的潮流，但是現(xiàn)在智能移動(dòng)機(jī)器人還是不能被大規(guī)模的開發(fā)出來(lái)，這是因?yàn)橛泻芏嗉夹g(shù)都還不成熟，本文就主要分析了智能移動(dòng)機(jī)器人的超聲避障問(wèn)題，另外還介紹了超聲傳感器在避障中的應(yīng)用，希望能為國(guó)家機(jī)器人的發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：智能移動(dòng)機(jī)器人；超聲傳感器；避障

很早以前就有人開始研究機(jī)器人，而現(xiàn)在人們又逐漸開始研究智能移動(dòng)機(jī)器人，這是人類進(jìn)步的表現(xiàn)。很久以前主要是研究機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的推理能力和規(guī)劃能力。而在20世紀(jì)后期人們對(duì)機(jī)器人的研究又出現(xiàn)了高潮，這時(shí)主要是研究機(jī)器人對(duì)信息的處理，而避障是所有機(jī)器人都必須具備的功能。

一、移動(dòng)機(jī)器人的避障傳感器

（一）激光傳感器

激光測(cè)距傳感器具有很好的方向性，它一般都是直線傳輸。這些與它的特性是分不開的，它發(fā)出的波束是很窄的，因此它能有很好的方向性，另外，因?yàn)樗哂泻芎玫姆较蛐裕运芎軠?zhǔn)確的定位障礙物的位置，這對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的避障功能來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。雖然它能很精確的定位，但是激光傳感器也有它的缺點(diǎn)，首先因?yàn)橐泻芫_的定位，所以就需要有很復(fù)雜的技術(shù)，否則就很難有很好的效果，但是高深的技術(shù)并不是所有人都能掌握的；其次激光傳感器是利用激光進(jìn)行一系列工作的，但是激光對(duì)人眼睛的傷害是極大的。

（二）視覺避障

視覺避障就是利用攝像機(jī)，將它收集到的信息傳輸?shù)綑C(jī)器人，然后進(jìn)行分析，最后可以讓機(jī)器人避開障礙物。它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行大范圍的探測(cè)，而且還能探測(cè)到物體的速度和形狀等一系列信息。在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以在機(jī)器人上裝很多個(gè)攝像機(jī)，這樣可以實(shí)時(shí)傳遞信息，還可以利用計(jì)算機(jī)將攝像機(jī)收集到的信息進(jìn)行計(jì)算最后得出機(jī)器人所需要的信息，然后再傳輸過(guò)去，最后還可以利用算法，這樣可以只使用一臺(tái)攝像機(jī)，然后計(jì)算目標(biāo)與機(jī)器人之間的相對(duì)位移，最后再處理數(shù)據(jù)，這樣可以減少環(huán)境引起的測(cè)量誤差。

在對(duì)圖像進(jìn)行處理時(shí)，由于有很大的計(jì)算量，所以對(duì)中央處理機(jī)的要求就相對(duì)較高，這樣很小的機(jī)器人就不能滿足這種要求，因?yàn)樗麄儾荒艹休d這么高質(zhì)量的計(jì)算。另外利用視覺進(jìn)行避障還不能避開一些透明玻璃制品，有時(shí)煙霧或者是強(qiáng)光或者是極弱的光對(duì)視覺避障也有很大影響。

（三）超聲傳感器

超聲傳感器是現(xiàn)在比較成熟的技術(shù)，而且它的成本也比較低，使用起來(lái)也方便，所以現(xiàn)在在很多的機(jī)器人中都運(yùn)用這種技術(shù)。該種技術(shù)主要是運(yùn)用超聲波，機(jī)器人根據(jù)接收到聲波的時(shí)間差來(lái)判斷障礙物的位置，也就是機(jī)器人會(huì)在某一時(shí)刻向某一方向發(fā)射超聲波，并在此時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超聲波遇到障礙物的時(shí)候它就會(huì)被反射回來(lái)，最后接收到超聲波的時(shí)候計(jì)時(shí)停止，這樣根據(jù)時(shí)間差和聲波在空氣中的傳播速度就能計(jì)算出障礙物的位置。另外超聲波的傳播速度還受空氣濕度的影響，所以為了更準(zhǔn)確的計(jì)算障礙物的位置，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該把空氣濕度和溫度考慮進(jìn)去。如果只使用一個(gè)超聲傳感器可能會(huì)對(duì)位置的定位不精準(zhǔn)，所以可以同時(shí)使用多個(gè)傳感器，這樣就能相對(duì)精確的確定障礙物的位置。

（四）超聲波傳感器的固有問(wèn)題

超聲波傳感器在通道區(qū)域的應(yīng)用是比較薄弱的，而且很多算法也都不夠精確，因此不能對(duì)直徑比較小的通道進(jìn)行探測(cè)，這是有很多方面的原因的。第一是該算法的建模方式是膨脹模型法，它雖然能讓小車比較精確的避開障礙物，但是它的靈敏度是很低的，其實(shí)這些都是不可避免的。第二是做實(shí)驗(yàn)的人有的可能會(huì)缺乏經(jīng)驗(yàn)，所以他們就不能準(zhǔn)確的接收機(jī)器人側(cè)面接收到的信息，這對(duì)機(jī)器人的避障是很

不利的。

二、超聲避障模糊算法

（一）機(jī)器人的超聲傳感器

機(jī)器人在使用避障功能之前是需要試驗(yàn)的，而該試驗(yàn)的平臺(tái)是美國(guó)的一個(gè)智能移動(dòng)機(jī)器人。在試驗(yàn)之前需要先在機(jī)器人上安裝幾個(gè)超聲傳感器，另外還需要提供集成開發(fā)環(huán)境，這樣就能對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，也能方便機(jī)器人中算法的實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用時(shí)，可以在機(jī)器人上多裝幾個(gè)超聲傳感器，讓它們按照一定的規(guī)律進(jìn)行排列，在前方的傳感器主要就是探測(cè)障礙物的位置，在旁邊的主要是用來(lái)探測(cè)障礙物的兩側(cè)是否有障礙物。

（二）模糊控制

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)有很大的不確定性，而且在它運(yùn)動(dòng)之前也不能提前確定它所處的環(huán)境，所以設(shè)計(jì)人員就不能對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作提前做出規(guī)定。而模糊控制能很好的解決這個(gè)問(wèn)題，它主要是利用語(yǔ)言進(jìn)行控制，而且是有一定規(guī)則的，這樣在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就不需要有很精確的指令，所以對(duì)機(jī)器人的控制就會(huì)相對(duì)比較方便。

（三）模糊控制規(guī)則和非模糊化

模糊控制是利用一定的規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而利用這些規(guī)則還不能直接對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制，因?yàn)槔靡?guī)則得出的還只是一些模糊量，要想對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制還需要將其非模糊化，最后將其轉(zhuǎn)換成精確量，這樣機(jī)器人就能執(zhí)行一系列的任務(wù)。將模糊量非模糊化的方法有很多種，主要有加權(quán)平均法和最大隸屬度法，而最常用的還是最大隸屬度法，因?yàn)樵摲N方法比較簡(jiǎn)單，而且使用起來(lái)比較方便，還具有實(shí)時(shí)性。

三、系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

要想實(shí)現(xiàn)該程序，需要在VC開發(fā)環(huán)境下，另外還需要混合C語(yǔ)言和Colbert另種編程。利用Colbert語(yǔ)言可以編寫比較復(fù)雜的程序?qū)χ悄軝C(jī)器人進(jìn)行控制，另外，它還能將傳感器上的信息及時(shí)準(zhǔn)確的讀出，還能控制機(jī)器人的活動(dòng)，讓他們啟動(dòng)或者停止。運(yùn)用C語(yǔ)言的運(yùn)算符可以有效的減少判斷語(yǔ)句的數(shù)量，這樣可以讓程序看起來(lái)比較簡(jiǎn)單易行。它的控制規(guī)則主要是以二維字符數(shù)組為基礎(chǔ)，然后根據(jù)確定的規(guī)則對(duì)數(shù)組中的元素進(jìn)行處理，這樣編程就會(huì)變得簡(jiǎn)單。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們通過(guò)觀察機(jī)器人在按照設(shè)定的程序進(jìn)行運(yùn)行時(shí)的路線可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)障礙物與墻壁距離很近時(shí)，機(jī)器人會(huì)將兩者認(rèn)為是同一個(gè)物體，這樣機(jī)器人就會(huì)避開他們，而隨著兩者之間距離的增大，機(jī)器人最終會(huì)從兩者之間通過(guò)，由此可以看出，機(jī)器人的避障精確度還是不高，還有待

改進(jìn)。

五、總結(jié)

利用模糊算法進(jìn)行避障還是有一定效果的，因?yàn)槟壳皺C(jī)器人能比較好的適應(yīng)這種方式，但是在現(xiàn)階段利用超聲波進(jìn)行避障還是有一定困難的，因?yàn)橛泻芏嗉夹g(shù)都還不成熟，但是現(xiàn)在人們已經(jīng)在盡力研究了，而且現(xiàn)在人們已經(jīng)可以將多個(gè)常感器結(jié)合起來(lái)，這樣就可以更準(zhǔn)確的獲取信息，也能讓機(jī)器人更好的避障，

參考文獻(xiàn)：

[1]黃湘鎮(zhèn).多超聲波傳感器的輪式機(jī)器人避障系統(tǒng)研究[J].活力，2013，（4）：71.

[2]汪才杰.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)機(jī)器人避障研究[D].黑龍江科技大學(xué)，2013.

[3]郭紫光.多傳感器信息融合技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用研究[D].天津工業(yè)大學(xué)， 2013.