Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #1

Краеугольным камнем каждого автономного робота является возможность беспроблемного передвижения в окружающем пространстве. Если говорить о роботе Promobot V4, то также важно безопасно двигать руками-манипуляторами и при наличии какого-либо препятствия моментально остановить движение. Выполнять подобные задачи роботу помогают датчики препятствия.

Ультразвуковые датчики

Их принцип работы достаточно прост: микроконтроллер посылает на источник сигнала несколько пучков с частотой десятки кГц, отраженный от объекта сигнал попадает на приемник и в результате совпадения частоты отраженного сигнала и частоты резонанса приемника на выходе приемника появляется напряжение. При этом время, пройденное между излучением сигнала и появлением напряжения на приемнике, преобразуется в пройденное ультразвуковым сигналом расстояние.

Однако у такого измерения есть ряд недостатков:
• Поглощение сигнала мягкими и пористыми объектами;
• Некорректное отражение сигнала от объектов сложной формы;
• Сильная чувствительность к высоким звуковым давлениям, например сильный поток воздуха на датчик.

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #2

Световые датчики

Здесь принцип работы схож с ультразвуковым сигналом, только вместо звука — свет. Однако данный вид измерения также не лишен недостатков.
• Это почти полное поглощение сигнала черными матовыми объектами;
• Некорректное детектирование объектов из стекла;
• Сильная чувствительность к прямым солнечным лучам;
• Меньшее, по сравнению с ультразвуком, максимальное измеряемое расстояние.

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #3

Поэтому, разработчики робота Promobot V4, скомбинировав световые и ультразвуковые измерения, создали собственные датчики, которые компенсируют недостатки этих двух типов измерений.

Датчиков много не бывает

Всего они использовали 16 датчиков, расположив их в шасси, что дало круговой обзор в 360 градусов без наличия «мертвых» зон. Корпус шасси робота разделен на 4 сектора, в которые установлены датчики расстояния.

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #4

Опрос датчиков происходит последовательно: сначала в него отправляется команда для излучения сигналов измерения, после этого датчик переходит в режим ожидания отраженных сигналов. По прошествии времени, необходимого для преодоления ультразвуковой волной расстояния 200 см туда и обратно, посылается запрос на получение результата измерения.

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #5

Для устранения «ловли» датчиком расстояния чужого отраженного сигнала каждый следующий датчик для опроса располагается в противоположной стороне от предыдущего.

Но сигнал все также может отражаться не перпендикулярно датчику, из-за сложной формы объекта. Для решения этой проблемы был применен специальный алгоритм «1+2»: один датчик генерирует сигнал измерения расстояния и ждет отраженный, а вместе с ним - и два соседних.

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #6

Если произошло некорректное отражение сигнала измерения, то, скорее всего, отраженный сигнал зафиксирует один из двух соседних датчиков. Отраженный сигнал через разные промежутки времени может вернуться во все три датчика, в таком случае мы получаем три вероятных расстояния до препятствия. Финальным результатом будет наименьшее значение расстояния из трех.

Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука, image #7

#студентам@mephi_iftis #наука@mephi_iftis

107 views