室内服务机器人的主要传感器系统.doc

第2章 作业1、 试设计室内服务（服务类型自定）机器人的主要传感器系统，说明其类型和作用。吸尘机器人传感器系统的主要任务是提供工作环境下的障碍物信息，以实现机器人的自主避障。传感器的选择直接关系到机器人自动避障策略的选择和执行质量。对工作环境下的障碍物信息，可以通过外部传感器获得，移动机器人上常用的探测障碍物的传感器主要有超声波传感器、红外光电传感器、接触传感器和视觉传感器等几种。由于超声波传感器、红外光电传感器和接触传感器都具有价格低廉、工作可靠、速度快等优点,因此广泛应用于移动机器人的局部导航。超声波传感器模块的选用：根据清洁机器人避障特点，当障碍物与机器人的距离在30cm以外时，我们认为该障碍物不会影响机器人的行走，因此，超声波传感器检测单元只要能够检测到机器人前方30cm左右的障碍物就能满足系统的要求。根据对超声波测距模块的测试距离，盲区距离，精度，感应角度等的综合考虑，选用HC-SR04超声波模块来作为清洁机器人的测距模块。红外避障传感器的选用：红外测距传感器常用的是GPZD12，其探测距离10-80cm，输出模拟量，但价格较高，经过比较，本系统最终选择了E18一D80NK红外避障传感器。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，主要用于障碍物的检测，对障碍物的感应距离可以根据要求通过后部的旋钮进行调节，该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。碰撞传感器检测单元：接触传感器通过与目标物体的接触来识别障碍物。这种传感器结构简单，装卸方便，环境适应性强。鉴于清洁机器人结构紧凑、便于装卸的要求，选择OTH8084型微动开关作为接触传感器。该型号开关结构小巧，使用简单可靠，信号无需调理。2、 通过调研，描述GMM或者HMM的原理及其在语音识别中的应用。马尔可夫过程直观解释是：在已知系统目前的状态的条件下，“将来”与“过去”无关。这种过程也称为无记忆的单随机过程。如果这种单随机过程的取值(状态)是离散的，我们又可以将它称作无记忆的离散随机过程。假设有一个系统，它在任何时间可以认为处在有限多个状态的某个状态下。在均匀划分地时间间隔上，系统的状态按一组概率发生改变（包括停留在原状态），这组概率值和状态有关，而且这个状态对应于一个可观测的物理事件，因此称之为可观测马尔可夫过程。不可测(随机)的双随机过程只能通过另一组随机过程才能观测到，另一组随机过程产生出观测序列（行为），而这组行为是可见不可测的。因此，这种双随机过程称为隐马尔可夫模型(或隐马尔可夫过程)。通常，HMM对应的状态被假设为离散的，且其演变是无记忆的，因而，HMM也被称为无记忆的离散双随机过程。隐马尔可夫过程是一个双重随机过程：一重用于描述非平稳信号的短时平稳段的统计特征(信号的瞬态特征，可直接观测到)；另一重随机过程描述了每个短时平稳段如何转变到下一个短时平稳段，即短时统计特征的动态特性(隐含在观察序列中)。 基于这两重随机过程，HMM既可有效解决怎样辨识具有不同参数的短时平稳信号段，又可解决怎样跟踪它们之间的转化等问题。人的言语过程也是这样一个双重随机过程。因为语音信号本身是一个可观察的序列，而它又是由大脑里的（不可观察的）、根据言语需要和语法知识(状态选择)所发出的音素(词、句)的参数流，大量实验表明，HMM的确可以非常精确地描述语音信号的产生过程。3、 设计一种能够感知障碍物方位信息的接近觉传感器。红外接近觉传感器接近觉传感器的基本原理是利用物体的反射性质。因为在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。而如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。红外测距传感器常用的是GPZD12，其探测距离10一80cm，输出模拟量，但价格较高，经过比较，本系统最终选择了E18一D80NK红外避障传感器。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，主要用于障碍物的检测，对障碍物的感应距离可以根据要求通过后部的旋钮进行调节，该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。额定电压为SV，电流100mA，探测距离3-80Ocm，传感器长45mm，直径18mm，共三个接口，分别是电源、地、信号。E18一D80NK是一个数字传感器，可以通过旋转传感器后面的旋钮，改变该传感器可以测量的距离，比如可以通过调节旋钮，使它测5cm距离以内是否有障碍物，如果5cm以内有物体则返回一个高电平，同时传感器里面的绿色小灯被点亮。本系统需要可以测得距离是否有变化的传感器，所以该传感器可以胜任。本系统共用了4个E18一D80NK红外避障传感器，通过调节旋钮，使它们可以测得15cm以内的障碍物，这样当机器人处在障碍物15cm内的地方时，传感器返回低电平，被单片机检测到并作相应处理。红外发射接收电路1、D1发射红外线，D2接收红外信号。2、LM567第、脚为译码中心频率设定端，一般通过调整其外接可变电阻W改变捕捉的中心频率。3、红外载波信号来自LM567的第5角，也即载波信号与捕捉中心频率一致，能够极大的提高抗干扰特性。4、当接收到的红外载波信号和捕捉中心频率一致时，说明不是干扰，LM567的第8角输出低电平。上图中使用了LM567音频译码器作为红外信号的发射和接收控制器，、脚外接电阻决定了内部压控振荡器的中心频率：从而设定了红外发射信号的频率为40KHz。红外信号经反射后，由探头的光敏三极管接收反射光，经过RC滤波电路及LM741组成的并联负反馈放大电路对信号进行放大，输出频率f1的方波送到LM567的内部鉴相器2同步解调，然后由LM567内部的比较器转换为数字经由8号管脚输出。本电路的最大持点是红外线发射部分不设专门的信号发生电路，而是直接从接收部分的检测电路U01的5脚引人信号，此信号是U01锁相音频译码器的锁相中心频率，这样既简化了线路和调试工作，又防止了周围环境变化和元件参数变化对收发频率造成的差异，实现了红外线发射与接收工