傳感器在機器人控制中的信息融合技術(shù)

　　設計一款可以尋線(xiàn)，沖線(xiàn)并在過(guò)程中實(shí)現投球功能的機器人，需要傳感器技術(shù)的支持，在實(shí)驗中機器人的整體結構中安裝了三個(gè)紅外傳感器和一個(gè)光感傳感器，這里主要分析各傳感器的實(shí)際應用總結。

　　本論文主要介紹是以單片機ATmega16為智能控制系統核心，在移動(dòng)的機器人系統中應用光感傳感器實(shí)現機器人對障礙物的一系列行為；通過(guò)紅外傳感器實(shí)現機器人在移動(dòng)過(guò)程中對黑色膠條的尋線(xiàn)，轉彎的過(guò)程。

　　1.紅外傳感器的應用

　　紅外傳感器一般是由光學(xué)系統，探測器，信號調理電路及顯示單元等組成的。紅外探測器是紅外傳感器的核心，它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現的物理效應來(lái)探測紅外輻射的。自然界中任何物體只要溫度高于絕對零度都能產(chǎn)生紅外輻射，而且溫度越低的物體輻射的紅外線(xiàn)波長(cháng)越長(cháng)，根據需要通過(guò)調節光暈的大小精確度選擇性的接受某一定范圍內的波長(cháng)就可以達到測量的目的，紅外傳感器能把紅外輻射量變化轉換成電量變化。

　　本次實(shí)驗中我們用的SHARP電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單，成本低，安裝比較方便，性能穩定，但是因為長(cháng)期的使用，其精度有所降低。

　　在機器人行進(jìn)中，我們借助紅外傳感器和地板上的色帶軌跡可以沿著(zhù)既定路線(xiàn)自動(dòng)行駛，路徑可任意，由于我們機器人的展示在室外，機器人在辨識路徑時(shí)，可能受到自然環(huán)境下可見(jiàn)光的影響，導致光感傳感器辨識不準，而紅外傳感器可以濾除自然光照條件下的各種光，可以使得反饋值的準確性大大增加。

　　因為我們的軌跡線(xiàn)是黑色的而兩側是白色的，左側的傳感器控制右電機，而右側的傳感器控制左電機。假設機器人的縱軸中線(xiàn)向左偏離黑色軌道線(xiàn)時(shí)，其中右側傳感器的光電管探測到軌跡線(xiàn)反射回來(lái)，是該傳感器輸出為高電平，而左側傳感器仍保持原狀態(tài)，輸出為低電平。通過(guò)與程序中的數值比較（見(jiàn)表1.1），此刻應該反饋的結果是左側電機正轉，右側電機反轉，使得車(chē)身相反方向轉動(dòng)（角度可以通過(guò)程序控制，且轉角度越小，行進(jìn)過(guò)程中越精確，時(shí)間停頓越?。?，這樣偏離的方向可以修正。在矯正路徑中，兩只電機不斷交替工作，是機器人實(shí)際上是緊靠著(zhù)軌跡線(xiàn)向前方進(jìn)行“之”字形運行的。我們的機器人上的第三只傳感器作為沖線(xiàn)裝置使用，它的優(yōu)先級比另外兩個(gè)要高，當其反饋一個(gè)高電平以后，其余兩個(gè)傳感器的反饋信號直接屏蔽，機器人直線(xiàn)運行沖出終點(diǎn)線(xiàn)。

　　因為第三只傳感器優(yōu)先級的問(wèn)題我們再設計中結構和角度的設計，需要不斷在實(shí)驗中修改，以達到最滿(mǎn)意我們要求的精度。

　　2.光電傳感器

　　光感式傳感器是基于光電效應的傳感器，在收到可見(jiàn)光照射后即產(chǎn)生光電效應，將光信號轉換成電信號輸出。光電傳感器一般是由光源，光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光強，光線(xiàn)的遮擋，透射，反射等測量多種物理量，如尺寸，位移速度，溫度等，也因此這是一種應用極廣泛的重要敏感器件。

　　我們在實(shí)驗中應用的是反射型光電開(kāi)關(guān)，它在光電器的一端有兩個(gè)感受器，一個(gè)是發(fā)射器，一個(gè)是接收器。若再在發(fā)射器延長(cháng)的一定范圍內，若無(wú)障礙物，則不會(huì )產(chǎn)生任何反饋，處于低電平狀態(tài)，機器人的機械臂仍維持原狀態(tài)；當其方向上產(chǎn)生障礙物遮蔽，則會(huì )在傳感器和遮擋物之間形成光線(xiàn)反饋到接收器上，光電器會(huì )產(chǎn)生一個(gè)脈沖反饋回cpu，使得機械臂產(chǎn)生動(dòng)作。

　　機器人的行進(jìn)中，考慮到機械臂在執行一系列動(dòng)作時(shí)會(huì )產(chǎn)生一定時(shí)間的延時(shí)，故我們將光電傳感器成45度角向前傾斜，提前感知圓柱筒，當光感器感知遮蔽物時(shí)，機械臂進(jìn)行反轉，并將爪中的小球投入圓筒中，完成投球動(dòng)作。（圖1.1）

　　在不斷的實(shí)驗測量中，我們不斷調整機械臂的高度，光感器的角度，與遮蔽物的距離，以達到最好的測量效果，使小球精確的投入前提下，盡量不減緩小車(chē)前進(jìn)的速度。

　　以上兩種只是我們在制作簡(jiǎn)易的移動(dòng)機器人中傳感器的使用，在實(shí)際的實(shí)驗室創(chuàng )作中還會(huì )用很多不同種類(lèi)的傳感器。機器人是一門(mén)涉及技術(shù)領(lǐng)域非常廣泛的學(xué)科，其中傳感器和控制技術(shù)是核心的技術(shù)，所以絕大部分機器人應用中都可以看到傳感器的存在，所以多傳感信息融合技術(shù)在機器人領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。而最突出的，應該是很多研究機構為了探討多傳感器數據融合的一般規律而在實(shí)驗室設計的各種可移動(dòng)器人或各種環(huán)境下的自動(dòng)駕駛裝置。從網(wǎng)上搜尋了一些多傳感器融合的比較著(zhù)名的作品 。

　　而這種多傳感器信息融合系統與單傳感器信號處理方式相比，多傳感器信息融合系統可以有效的利用傳感器資源，可以更大程度的獲得被測目標和環(huán)境的信息量。多傳感器信息融合和單傳感器信號處理方法之間也存在本質(zhì)的區別，其關(guān)鍵在于信息融合所處理的多傳感器信息具有更復雜的形勢，而且可以在不同的信息層次上出現。

　　多傳感器信息融合的基本目標是基于各傳感器分離觀(guān)測信息，通過(guò)對信息的優(yōu)化組合導出更多有效信息，這是最佳協(xié)同作用的結果。它的最終目的是利用多個(gè)傳感器共同或聯(lián)合操作的優(yōu)勢，來(lái)提高整個(gè)傳感器系統的有效性。

　　多傳感器信息融合技術(shù)在移動(dòng)機器人中的應用現在已發(fā)展成為一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域，為移動(dòng)機器人探索不確定和未知環(huán)境提供了一種技術(shù)途徑。而移動(dòng)機器人是一個(gè)多學(xué)科交叉發(fā)展的領(lǐng)域，現今只是設計了比較底層的機器人硬件和軟件，以后需要完善這些理論和結果，此外，還有許多問(wèn)題需要繼續深入的研究。