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机器人中的超声波传感器助力智能机器人近距离避障“又小又快又稳定”

时间:2023-02-23 10:24:13来源:深圳市电应普科技有限公司

导语:​随着机器人应用技术的高速发展,市场上出现了不同应用领域的机器人,对传感器提出了新的要求,如何适配不同领域机器人的应用,是每一个传感器工程师思考和探索的问题。本文通过对超声波传感器在机器人上的应用,来更深入了解避障传感器的使用。

  1引言

  超声波测距是一种非接触检测技术,利用超声波从声波源处发出,当检测到障碍物时超声波反射回到声波源处,并根据声速在空气中的传播速度计算障碍物的距离。因超声波指向性好,不受光线和被测对象颜色等影响,广泛在机器人避障上应用。传感器能感知到机器人在行走路线上出现的静态或动态障碍物,实时将障碍物的距离和方向信息上报,机器人根据信息能正确的执行下一步动作。

  随着机器人应用技术的高速发展,市场上出现了不同应用领域的机器人,对传感器提出了新的要求,如何适配不同领域机器人的应用,是每一个传感器工程师思考和探索的问题。

  本文通过对超声波传感器在机器人上的应用,来更深入了解避障传感器的使用。

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  A21、A22、R01产品图片

  2传感器介绍

  A21、A22、R01是基于机器人自动控制应用而设计的传感器,具备了盲区小、测量适配性强、响应时间短、过滤同频干扰、安装适配性高、防尘防水、寿命长、可靠性高等一系列优点,可以根据不同的机器人适配不同参数的传感器。

  功能摘要:

  •宽电压供电,工作电压3.3~24V;

  •盲区最小可达2.5cm;

  •最远量程可设置,可通过指令设置50cm-500cm共5级量程等级;

  •多种输出方式可选,UART自动/受控、PWM受控、开关量TTL电平(3.3V)、RS485、IIC等(UART受控和PWM受控可支持超低休眠功耗,休眠功耗≤10uA);

  •默认波特率为115200,可支持波特率修改;

  •毫秒级响应时间,数据输出时间最快可达13mS;

  •单、双角度可选,共支持4级角度等级设置,以适用不同应用场景;

  •内置降噪功能,可支持5级降噪等级设置;

  •智能声波处理技术,内置智能算法过滤干扰声波,能识别干扰声波并自动执行过滤;

  •整机防水设计,防水等级IP67;

  •安装适配性强,安装方式简便、稳固可靠;

  •支持远程固件升级;

  3产品参数

  (1)基本参数

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  (2)探测范围

  超声波避障传感器有双角度版本选择,当产品竖立安装时,水平左右方向探测角度大,可以增大避障覆盖范围,垂直上下方向探测角度小,同时规避了行驶过程因路面不平导致误触发。

测量范围示意图.jpg

测量范围示意图

  4超声波避障传感器技术方案

  (1)硬件结构示意图

硬件结构示意图.jpg

  (2)工作流程

  a、传感器上电为各电路供电。

  b、处理器启动自检,保证各电路工作正常。

  c、处理器自检辨别环境是否存在超声波同频干扰信号,及时进行过滤处理异体声波,当发现无法给到用户正确距离值时,给出异常标志数据以防止出错,然后跳到流程k

  d、处理器发送指令给升压激励脉冲电路,根据角度和量程控制激励强度。

  e、超声波探头T工作后发射声波信号。

  f、超声波探头R工作后接收声波信号。

  g、微弱的声波信号经信号放大电路进行放大,返回处理器

  h、放大后的信号经整形后返回处理器,内置智能算法过滤干扰声波技术,可以有效筛选出真目标。

  i、温度检测电路,检测外界环境温度反馈给处理器。

  j、处理器辨别回波返回的时间结合外界环境温度进行温度补偿,算出距离值(s=v*t/2)。

  k、处理器将算好的数据信号通过连接线传送给客户端,并返回a。

  (3)干扰处理技术

  超声在机器人领域运用,会面对各种干扰源,如供电的电源噪声、跌落、浪涌、瞬变等。机器人内部控制电路和电机的辐射干扰。超声是以空气为媒介工作的,当一台机器人安装多个超声传感器,多台机器人同时相邻工作时,空间同一时域内会有很多非本机的超声信号,此时机器人之间的相互干扰会很严重。

  针对这些干扰问题,传感器内置了非常灵活的适配技术,可支持5级降噪等级设置,同频干扰过滤可设置,量程和角度可设置,运用回波过滤算法,有较强的抗干扰能力。

  经过电应普实验室通过如下测试方式:使用4台超声波避障传感器对冲测量,模拟多机工作环境,记录数据,数据正确率达到98%以上。

  

抗干扰技术测试示意图.png 

  抗干扰技术测试示意图

  (4)波束角可调

波束角可调.png

    可软件配置传感器波束角4个等级:40°、45°、55°、65°,满足不同场景应用需求。

  5超声波避障传感器技术方案

  在机器人避障应用领域中,传感器就相当于机器人的眼睛,机器人能否灵活快速运动很大程度取决于传感器返回的测量信息,超声波避障传感器在同类型传感器中,是一种低成本,低速行驶的可靠避障产品,产品在机器人四周安装,与机器人控制中心进行通讯,根据机器人的运动方向启动不同的测距传感器进行距离探测,实现快速响应,按需检测的要求,同时超声波传感器拥有的大FOV视场角有助于机器获得更大的测量空间,从而覆盖正前方所需探测区域。

  

机器人避障应用.png

  机器人避障应用

    6超声波传感器在机器人避障应用的方案亮点

  •超声波避障雷达FOV与深度摄像头类似,成本约为深度摄像头的20%;

  •全量程毫米级精度分辨率,优于深度摄像头;

  •测试结果不受外界环境颜色、光线强度影响,透明材质障碍物可稳定检测,如玻璃、透明塑料等;

  •不受灰尘、污泥、雾气、酸碱环境的干扰,高可靠性,省心,维护率低;

  •体积小,巧满足机器人外置和内嵌设计,可应用于多种场景的服务机器人,满足客户多样性需求,降低成本。

    


标签: 传感器​机器人

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