移动机器人的超声模糊避障算法

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1、移动机器人的超声模糊避障算法ApplicationofFuzzyAlgorithtoaSonar-BasedObstacleAvoidanceMobileRobot刘喜昂周志宇Liu,Xi’angZhou,Zhiyu摘要：超声传感器是移动机器人避障常用的传感器，但存在幻影的干扰。该文提出多个超声传感器的模糊避障算法，该算法把多个超声传感器分为左右两组，如果障碍物在右侧，机器人就向左转，反之机器人向右转。实验表明，该文提出的算法可以实现机器人的安全避障。关键词：超声传感器；避障；模糊算法中图分类号：TP24文献标识码：BAbstract:Obstacl

2、eavoidancebyultrasonicsensorisanormalinstrument，butphantomtargetmayinfluencerobot.Thepaperproposesafuzzyalgorithofobstacleavoidancewithmulti-ultrasonicsensor.Itdividesultrasonicsensorsintoleftorright.Ifobstacleisintherightside,robotturnsleft,onthecontrary,itturnsright.Experimen

3、tsindicatethatthealgorithproposedinthepapercanachievesafeobstacleavoidanceofrobot.Keywords:ultrasonicsensor;obstacleavoidance;fuzzyalgorith1引言移动机器人感知环境的手段是不完备的，传感器给出的数据是不完全的、不连续的，不可靠的，因此移动机器人的安全避障成为当今机器人研究领域的一个焦点问题和难点问题。安全避障具体的实现方法有很多种，主要有超声避障、视觉避障、红外传感器、激光避障、接近觉传感器、微波雷达等避障方法。超

4、声避障实现方便，技术成熟，成本低，成为移动机[1][2]器人常用的避障方法，但超声避障存在一些缺点，如存在探测盲区等，特别是当超声传感器和障碍形成一定角度时会产生幻影导致机器人得到错误的信息，从而发生碰撞。本文采用多个传感器的模糊避障算法来克服超声传感器的幻影干扰，实现机器人的安全避障。2超声传感器的幻影现象超声传感器是靠发射声波信号，利用物体界面上超声反射来检测障碍物。超声波在空气中传播时如果遇到其它媒介，则因两种媒质的声阻抗不同而产生反射，因此可以根据分析检测到的反射波来获取障碍物信息。超声传感器发出的超声波，是具有一定方向性的波束，当超声传感器

5、和障碍物形成一定角度时，会发生镜面反射，产生幻影。在图1中传感器发出的超声波发生了镜面反射，虽然障碍物和机器人很近，但是由于幻影的产生，机器人误认为障碍物很远，机器人就会和障碍物发生碰撞。图1幻影产生示意图3传感器的位置排列1由于幻影的存在，实验采用多个超声传感器，消除幻影的干扰。避障试验平台是Pioneer2DXE型智能移动机器人，它提供了集成开发环境，可以方便的设计算法，编程实现。超声传感器的位置排列如图2所示，实验使用机器人中间的六个超声传感器信号，即1号到6号的超声信号，每个传感器中心角度间隔为20度。根据需要，传感器的间隔角度大小还可以进行

6、调整。图2超声传感器位置图4模糊避障算法设计机器人运动的环境非常复杂，而且一般情况下是未知的，因此很难建立精确的数学模型来预测障碍物的位置。采用模糊控制算法非常适合移动机器人的避障，模糊控制器的输入是超声传感器的距离信号，输出是机器人的动作，规定机器人只能有前进或旋转两种运动方式。根据一定控制策略，建立输入输出的模糊语言集合和模糊控制规则。4.1输入输出模糊控制器的输入参数是机器人六个超声传感器检测到的距离信号。把六个超声传感器的输入信号分为左右两组，每组三个，即机器人左边三个超声传感器为左组，机器人右边三个超声传感器为右组。每次读入左组三个超声传感

7、器测得的距离信号，选取其中最小的一个数值作为左边的输入，左边的数值用Left表示。同样，每次读入右组三个超声传感器测得NDMDLD10.90.80.70.60.50.40.30.20.10020406080100120140160图3输入隶属函数图的距离信号，选取其中最小的一个数值作为右边的输入，右边的数值用Right表示。设距离信号的模糊语言集合如下：{近，中，远}2设定其相应的语言变量，并记作：ND(neardistance)=近MD(middledistance)=中LD(longdistance)=远距离参数的隶属度函数如图3所示，图中横坐标

8、为距离信号，单位为厘米，纵坐标是隶属度。[3]为了计算简单，采用了线性函数，可以减少控制器的计算负担，提高数