一种机器人超声避障测距系统的研制

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1、电声器件与电路ＥｌｅctroacousticＰａｒｔｓａｎｄＣｉｒｃｕｉｔ文章编号：1002-8684（2008）09-0020-03一种机器人超声避障测距系统的研制·实用设计·杨武强1，2，张华1，刘继忠1（1.南昌大学机器人与焊接自动化重点实验室，江西南昌330029；2.南昌大学信息工程学院自动化系，江西南昌330029）【摘要】介绍了一种能用于爬行机器人避障的超声测距系统，通过渡越时间法测距。给出了系统的设计原理、测距系统的组成和结构、超声传感器的分布、硬件电路图、软件的流程以及数据的分析。实验发现，该

2、测距系统测量偏差小，可用于爬行机器人避障并取得了很好的避障效果。【关键词】机器人；超声测距；避障；串行通信【中图分类号】TP216【文献标识码】AResearchonUltrasonicRangingSystemforCreepingRobottoAvoidObstacleYANGWu-qiang1，2，ZHANGHua1，LIUJi-zhong1（1.Robot&WeldingAutomationKeyLaboratory，NanchangUniversity，Nanchang330029，China；2.S

3、choolofInformationEngineering，NanchangUniversity，Nanchang330029，China）【Abstract】Anultrasonicrangingsystemisdesignedforcreepingrobottoavoidobstacle，whichmeasuresthedistancebytime-of-flight.Thedesignprinciple，structureoftheringingsystem，distributionofultrasoni

4、csensor，hardware，software，andtheanalysisofdataareintroduced.Therangingsystemhaslittledeviationwithrealdistance.Thesystemcanbeappliedtoavoidobstacleofcreepingrobotthoughtexperiment，andgetsagoodeffectinobstacle-avoidance.【Keywords】creepingrobot；ultrasonicrangi

5、ng；obstacleavoidance；serialcommunication1引言体结构图如图1所示。随着机器人智能化程度的提高，避障成了移动机器人必不可少的研究课题，避障的首要目标就是找到障碍物的距离和方向，笔者采用超声测距系统来测量障碍物的距离和方向，为避障打下良好基础。该超声测距系统用于爬行机器人避障，采用渡越时间法测距，即Ｄ=ｃｔ/2，其中，Ｄ为移动机器人与被测物之间的距离；ｃ为声波在介质中传播速度；ｔ为超声波从发射到返回的时间间隔，即渡越时间。该测距方法在结构图中，先由单片机选通模拟开关，单片机主

6、要是测量ｔ。此处测距主要是用于爬行机器人避障，P2.0脚发出一串频率40kHz，幅值5V的矩形脉冲信测距精度要求不是很严格，因此忽略温度对测距的影号，发射时间为200μs，然后经变压器升压，经超声波响，一般认为ｃ为常数，通常取ｃ=340ｍ/ｓ[1]。换能器发射出超声波。当超声波遇到障碍物发回来时，经过超声接收换能器，将声波信号变成电信号，经过模2系统硬件设计拟开关后对信号进行放大、带通滤波、中断触发，引发由于此系统用于爬行机器人避障，所以机器人必单片机中断，单片机计算渡越时间，再算出障碍物的距须要对外部环境有充

7、分的认识，故笔者采用了7路超离。通过串口通信将距离信号传给PC机，PC机再经一声传感器分不同的方向循环探测障碍物。探测1路需系列避障算法控制爬行机器人的运动。要的时间大约为200ms，7路的时间为1.4s，所以取2．1超声波发射电路控制周期为1.5s，能很好地满足系统要求。系统的总超声波的发射电路图如图2所示。发射电路是由輦輮讂电声技术2008年第32卷第9期电声器件与电路ＥｌｅctroacousticＰａｒｔｓａｎｄＣｉｒｃｕｉＴ单片机的P2.0口发射出40kHz的矩形脉冲信号，经过CX20106处理后的脉冲

8、信号由7脚输出给后续电路再一个9013三极管的耦合加在变压器的一次侧，经过变加工处理推动负载工作。7脚输出直接单片机的中断压器驱动，将信号直接加在超声换能器上，发射出超声口来触发单片机中断，计算渡越时间[2]。波。其中，小型电子变压器的作用主要为：（1）声波换能2.3串行通信器是一个容性器件，变压器的的二次侧相当于一个电PC机与单片机采用RS-232串口通信，单片机为感，目的是补偿超声