传感器在多关节机器人系统实时避障中的应用

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1、第ux卷第t期机器人∂²¯quxo²qtΡΟΒΟΤussv年t月¤±qoussv文章编号}tssu2swwykussvlst2sszv2szΞ传感器在多关节机器人系统实时避障中的应用付宜利曹政才王树国靳保k哈尔滨工业大学机器人研究所哈尔滨txssstl摘要}评述近几年来在多关节机器人系统实时避障中传感器技术的应用o详细介绍了传感器的选择及多传感器信息融合技术o并指出这一领域中值得进一步研究的一些问题和可能的发展方向q关键词}传感器~信息融合~多关节机器人系统~实时避障中图分类号}×°uw文献标识码}ΑΠΠΛΙΧΑΤΙΟΝΟΦ

2、ΣΕΝΣΟΡΣΙΝΡΕΑΛ−ΤΙΜΕΟΒΣΤΑΧΛΕΑςΟΙΔΑΝΧΕΟΦΜΥΛΤΙ−ϑΟΙΝΤΡΟΒΟΤΣΨΣΤΕΜƒ≠¬2¯¬≤«¨±ª2¦¤¬•≥«∏2ª∏²¤²kΡοβοτιχσΙνστιτυτεoΗαρβινΙνστιτυτεοφΤεχηνολογψΗαρβινtxssstlΑβστραχτ}׫¨¤³³¯¬¦¤·¬²±²©¶¨±¶²µ¶¬±µ¨¤¯2·¬°¨²¥¶·¤¦¯¨°∏¯·¬2²¬±·µ²¥²·¶¼¶·¨°¤√²¬§¤±¦¨¬¶µ¨√¬¨º¨§q׫¨·¨¦«±¬´∏¨¶¤±§·«¨²µ¬¨¶²©¦«²¬

3、¦¨²©¶¨±¶²µ¶¤±§°∏¯·¬2¶¨±¶²µ©∏¶¬²±¤µ¨§¬¶¦∏¶¶¨§¬±§¨·¤¬¯q≥²°¨³µ²¥¯¨°¶º²µ·«¼²©©∏µ·«¨µ¶·∏§¼¤±§³µ²¥¤¥¯¼§¨√¨¯²³¬±ª·µ¨±§¶¬±·«¨©¬¨¯§¤µ¨³µ¨¶¨±·¨§qΚεψωορδσ}¶¨±¶²µo¬±©²µ°¤·¬²±©∏¶¬²±o°∏¯·¬2²¬±·µ²¥²·¶¼¶·¨°oµ¨¤¯2·¬°¨²¥¶·¤¦¯¨¤√²¬§¤±¦¨1引言kΙντροδυχτιονl供两种信息}ktl机器人附近障碍物的存在信息qkul障碍物与机

4、器人间的距离q近几年o应用到机器人运多关节机器人为了能在未知或时变环境下自主动规划的传感器一般分为两大类}无源式传感器和地工作o应具有感受作业环境和规划自身动作的能有源式传感器≈w q力q为此o必须提高机器人对当前感知环境的快速理2q1无源式传感器解识别及实时避障的能力≈tou q实时避障是实现智能应用在避障中的无源式传感器包括触觉传感化机器人自主工作能力的关键技术o也是国内外智≈xoy 和视觉传感器≈zo{ 两种器q能机器人近期发展的一个热点o其显著特征是具有≈v ktl触觉传感器传感器信息反馈o可以实现很好的智能行为q本

5、文机器人触觉系统是模拟人的皮肤与物体接触的主要针对基于传感器信息的多关节机器人实时避障感觉功能o获取周围环境信息o用来达到避障目的o方法方面的研究o详细介绍了传感器的选择和传感特别是在黑暗处或者因障碍物的影响导致无法通过器信息融合技术q视觉获取信息的条件下o使机器人具备触觉功能q2传感器选择kΤηεχηοιχεοφσενσορσl触觉传感器是一种测量自身敏感面与外界物体机器人避障的关键问题之一是在运动过程中如相互作用参数的装置o触觉传感器常常包含许多触何利用传感器对环境的感知q任何类型的传感器都觉敏感元o并以阵列的形式排列o

6、通过这些触觉敏感有各自的优点和不足o选用时需要仔细考虑各种因元与物体相互接触产生触觉图象o并进行分析与处素q理o这种工作方式称为被动式触觉q但是o实际应用在机器人运动规划过程中传感器主要为系统提中o一方面由于触觉传感器的空间分辨率大大提高oΞ基金项目}国家自然科学基金kxstsxssul资助q收稿日期}ussups{psxzw机器人ussv年t月其工作平面尺寸比被识别物体要小得多~另一方面否q超声波在空气中传播时如果遇到其它媒介o则因机器人控制中需要得到物体的三维信息o因此o在被两种媒质的声阻抗不同而产生反射q因此o向空气中

7、动式触觉的基础上o将触觉传感器安装在机器人上o的被测物体发射超声波o检测反射波并进行分析o从随着机器人的不断运动o传感器可得到被识别物体而获到障碍物的信息q的三维触觉信息o通过进一步处理与识别o并反映给超声波传感器由于信息处理简单!快速并且价机器人控制器o这样可以使机器人获取周围环境信格低o被广泛用在机器人测距!定位及环境建模等任息o识别物体形状o确定物体空间位置等o从而达到务中q但在多关节机器人实时避障系统中存在一定智能控制和避障的目的o这种工作方式称为主动式的局限性o主要表现在四个方面}触觉q在安装触觉传感器时o一般都安

8、装在手爪!足!一是因为超声波的波长相对长一些o对于稍大关节等主要的操作部位q的扁平的障碍物可以发生镜面反射o传感器由于接触觉传感器应用在多关节机器人避障系统中的收不到反射信号o使此障碍物不能被检测到q主要缺陷是}信号滞后o很难实现实时避障o工作过二是盲区较大o因为每个超声换能器既作超声程中