基于多傳感器數據融合的智能機器人設計

本系統所設計的機器人的主要任務(wù)是在未知環(huán)境下依靠多傳感器信息，運用D-S數據融合算法，提供與環(huán)境有關(guān)的關(guān)于系統狀態(tài)的足夠的與可靠的信息，使機器人能夠自主規劃路徑、躲避障礙物，最終向目標靠近。

本控制系統采用主從式控制系統。系統選用了激光傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器、光敏傳感器、光電編碼器等多種類(lèi)型的傳感器，它們之間相互組合，實(shí)現機器人小車(chē)的測距、避障、尋找目標等功能。

1 多傳感器數據融合技術(shù)與D-S方法

多傳感器數據融合技術(shù)結合了控制理論、信號處理、人工智能、概率和統計的發(fā)展，協(xié)同運用多傳感器的傳感數據，提取所探測環(huán)境的近可能多的有用信息，消除信息的不確定性，提高傳感器的可靠性。

多傳感器數據融合技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)：增加了測量的維數和置信度；改進(jìn)了探測性能；擴展了空間和時(shí)間的覆蓋范圍；改進(jìn)了系統的可靠性和可維護性；系統容錯性好，運行魯棒性強；系統內資源共享，可提高資源的利用率。

D-S證據理論是Dempster于1967年提出，后由Shafer加以擴充和發(fā)展而形成的一種信息融合方法。D-S證據理論可處理由不知道所引起的不確定性。

D-S方法的推理結構分為三級。

第一級是合成。它把來(lái)自幾個(gè)獨立傳感器的報告合成為一個(gè)總的輸入。

第二級是推斷，由它獲取傳感器報告并進(jìn)行推斷，將傳感器報告擴展成目標報告。

第三級是更新，因各種傳感器一般都有隨機誤差，所以在進(jìn)行推斷和傳感器合成之前要先更新傳感器級的信息。

2 傳感器的選用

本系統所設計的智能機器人具有測距、自動(dòng)避障、自動(dòng)尋找以一發(fā)光源為目標的物體的功能。每一個(gè)功能均選用幾種不同類(lèi)型的傳感器進(jìn)行測量，再應用D-S融合算法把這些數據進(jìn)行融合，最后得到我們需要的更加全面、準確、可靠的反映環(huán)境特征的信息，指導機器人的運行。

本系統具體傳感器的選用如下：

1） 測距傳感器

測距傳感器選用了三種類(lèi)型的傳感器：激光傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器。

2） 避障傳感器

避障傳感器選用了三種類(lèi)型的傳感器：激光傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器。

3） 尋找目標傳感器

尋找目標傳感器選用了兩種類(lèi)型的傳感器：紅外傳感器和光敏傳感器。

4） 光電編碼器

用光電編碼器檢測電機的轉速。

激光傳感器選用的是DLS-A激光測距傳感器。該設備擁有許多卓越的性能：測程0.2-200m，串行接口（RS232或RS422），單根RS422線(xiàn)可連接多達10個(gè)模塊，范圍寬廣的供電電壓（9-30V），可編程模擬輸出，兩個(gè)可編程數字輸出端，數字輸出錯誤信號，4個(gè)發(fā)光二極管用于顯示狀態(tài)信號，D型接口和螺旋接線(xiàn)端便于連接，望遠鏡適配器使得安裝非常簡(jiǎn)便，堅固的鋁金屬外殼，IP65（防止灰塵和水汽浸入），完整的軟件配置，二等激光（0.95mW），可利用三個(gè)M4螺旋裝配。超聲傳感器選用的是中國大恒公司生產(chǎn)的946系列超聲測距傳感器。946系列采用超聲波原理，具有非接觸測量距離、易于目標瞄準、測量精度高、重復精度高、抗干擾、高可靠等特點(diǎn)，特別適合于工業(yè)現場(chǎng)使用。測量范圍0-6000mm，線(xiàn)性精度0.1%，聲波發(fā)射角5°，響應時(shí)間500ms，工作電源10V。 紅外傳感器選用的是紅外發(fā)光管TLN205和紅外接收管TPS708。紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光，光波在遇到障礙物后反射，被紅外接收管接收，產(chǎn)生一個(gè)與光強相對應的電流，電流經(jīng)LM358組成的兩極放大電路放大后，輸出一個(gè)0-3V的模擬電壓，經(jīng)A/D轉換后輸入單片機。機器人使用的光敏傳感器為硫化鎘光電管（CDS）。CDS的電阻值對較少的光線(xiàn)就能產(chǎn)生較大的變化，是機器人系統較為常用的一種光敏傳感器。光電編碼器選用的是E68S15旋轉編碼器。該編碼器分辨率為1024P/R，電源電壓DC5V 5%，紋波P-P：5%以下，最大響應頻率100kHz。