基于多传感器的礼仪机器人智能避障系统研发.pdf

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1、３４基于多传感器的礼仪机器人智能避障系统研发基于多传感器的礼仪机器人智能避障系统研发ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＯｂｓｔａｃｌｅＡｖｏｉｄａｎｃｅＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔＲｏｂｏｔＢａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉ－ｓｅｎｓｏｒｓ苑玉鹏杨宜民梅平（广东工业大学自动化学院，广东广州５１０００６）摘要设计了适用于礼仪机器人的多传感器避障系统，系统以凌阳１６位单片机为核心控制器，采用红外传感器和防碰撞光电传感器对周围环境信息进行多方位、立体式的感知，弥补了同种类传感器检测的不足。将模糊控制技术引入到自由移动避障，避免了对动态、未

2、知环境建模的难题，在复杂环境下具有更好的适应性，使避障变得智能化。关键词：传感器，单片机，模糊控制，礼仪机器人ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＥｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔＲｏｂｏｔｉｓｄｅｓｉｎｇｅｄｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ－ｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍ．ＩｔｕｓｅｔｈｅＳＵＮＰＬＵＳ１６－ｂｉｔＭＣＵａｓｔｈｅｃｏｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ牞ｕｓｉｎｇｉｎｆｒａｒｅｄａｎｄａｎｔｉ－ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｓｔｏｓｅｎｓｅｔｈｅｍｕ

3、ｌｔｉ－ｆａｃｅｔｅｄ牞ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｓｏｉｔｍａｋｅｓｕｐｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｔｙｐｅｓｅｎｓｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｅｄｉｎｔｏｔｈｅｆｒｅｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅ牞ａｖｏｉｄｉｎｇｄｙｎａｍｉｃａｎｄｕｎｋｎｏｗｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍ牞ｈａｓａｂｅｔｔｅｒａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ

4、ｉｎａｃｏｍｐｌｅｘｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｓｅｎｓｏｒ牞ＭＣＵ牞ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ牞ＥｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔＲｏｂｏｔ近来，随着礼仪机器人应用领域的不断扩展，机器人所处的可以直接应用，不需要额外扩展复杂接口，使用十分方便灵活。环境越来越复杂，自主避障能力成为衡量移动机器人智能化水１．２．２传感器模块平的重要指标，移动机器人感知环境的能力与相应的避障策略（１）传感器种类及型号的选择成为避障技术的关键点［１］。在常用的移动机器人避障传感器当中，超声波传感器的检根据机器人避障系统传感器种类的不同，可以将安

5、全避障测距离较远，对于２０ｃｍ以内的近距离障碍物检测效果通常不分成超声波传感器避障、视觉传感器避障、红外传感器避障、激是很理想，存在很大的盲区；视觉传感器采集信息的数据量大，光避障等等［２］。文献［３］中黄士科利用视觉探测周围的环境信要想保证实时性，就需要对系统处理器的要求很高；激光传感器息，采用基于改进的光流障碍物检测方法对障碍物运动进行检价格昂贵，一般适用于精度要求极高的特殊场合。测，并获得了一定的效果，但该避障系统对控制器的要求高，且算礼仪机器人是用来娱乐表演和服务的，通常在其周围会有许法复杂，计算量较大，在一定程度上削

6、弱了机器人的实时性［９］。有多围观者等障碍物。为了节省空间，应该使机器人在移动避障过关文献早已表明，视觉传感器中各种图像处理方法计算量大，实程中尽量靠近障碍物，故适合选用较高精度、近距离检测的红外时性能差一直是个瓶颈问题［４］；李彩虹［５］在她的论文中提到基于传感器，本文选择日本ＳｈａｒｐＧＰ２Ｙ０Ａ６０ＳＺ０Ｆ高精度红外测距激光的移动机器人避障研究，虽然激光传感器测距精度高且实传感器。该传感器直流５Ｖ电压供电，３．５Ｖ～４．５Ｖ模拟电压输出，时性好，使得避障总体效果良好，但其价额昂贵，且要避免受反使用方便灵活，测距范围约为１

7、０ｃｍ～１８０ｃｍ。红外测距传感器在射物体材质的影响；Ｓ．Ｓｈｏｖａｌ［６］等人对超声波研究的基础上，将外界有强光源如太阳光等的干扰下，容易使测量结果不准确，而多路超声波传感器技术用于移动机器人探测过程中，该方法的本文中的礼仪机器人绝大部分应用场合时在室内，室内的光线比软、硬件实现简单可靠，但是存在超声波传感器的幻影现象以及较微弱均匀，对红外传感器的干扰很小，不会出现上述问题。多个超声波之间的串扰问题。本文综合考虑以上问题，设计了基礼仪机器人低处的外轮廓最大，且位置又低。而对于低处细于红外传感器和光电开关的礼仪机器人避障系统。

8、小的障碍物，上述红外传感器可能漏报，这将会导致机器人与低１避障系统的体系结构及硬件设计处障碍物发生碰撞。为了防止此种情况发生，设计防撞光电开关１．１避障系统的体系结构模块作为补充，选用日本夏普ＥＸ－５３Ａ小型漫反射光电开关，检避障系统的结构框图如图１所示，传感器实时检测环境信