多传感器信息融合技术在移动机器人障碍探测中的应用.pdfVIP

第 35卷第 1期 信 息 化 研 究 V ol. 35 N o. 1 2009年 1月 In form a iza ion R esearch Jan. 2009 多传感器信息融合技术 在移动机器人障碍探测中的应用 王艳平 ( , 410200 ) : , , , 。 , , 。 , , , 。, 。 : ; ; ; ; : TP 242. 6 所处的工作 境信息的外部传感器, 如视觉传感器、超 0 引 言 声波传感器、红外传感器、接触和接近传感器、激光测 随着移动机器人应用日益广泛, 对移动机器人的 距仪等。下面对移动机器人常用的外部传感器进行分 境感知能力的要求也越来越高。由于 境和对象的 析与研究, 并以此建立本文移动机器人的多传感体系, 复杂性、不确定性, 单一传感器所感知到的信息非常有 实现移动机器人的障碍探测、自主避障。 限, 它获得的是局部的、片面的 境信息, 因此存在着 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传 无法克服的缺点。而与单传感器相比, 多传感器集成 感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波, 具 与融合技术具有冗余性、互补性、实时性及低成本性等 有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好、能够成为射 优点。因此, 为了解决单一传感器进行 境描述的局 线而定向传播等特点。超声波碰到杂质或分界面会产 限性, 人们通常会利用同类或异类的多个传感器来完 生显著反射, 形成反射回波, 碰到活动物体能产生多普 成信息的采集并实现信息的融合。近年来, 多传感器 勒效应, 通过超声从发射到返回的时间差, 就可计算出 信息融合技术已发展成为了一个热门的研究领域。如 前方障碍的距离。由于超声波传感器具有成本低廉、 何针对移动机器人导航避障的技术要求, 结合机器人 采集信息速率快、距离分辨力高、重量轻、易于装卸等 硬件资源, 合理选用多传感器集成与融合方法, 进行实 优点, 在移动机器人感知系统中得到了广泛的应用。 时、高效、低成本的设计, 实现移动机器人导航避障、障 红外光电传感器是通过发射并接收由障碍物发射 碍探测等, 成为一个具有理论和实际意义的课题。 回来的红外光来判断是否有障碍。采用红外对管, 发 本文针对全国职业院校技能大赛/ 机器人0项目 射端加电后发出一定频率的红外光, 碰到障碍物形成 竞赛具体任务要求, 结合我院智能移动机器人研究平 反射, 接收管收到此频率的红外光后触发触发器, 将该 台, 提出了一种基于红外和超声波传感器信息融合的 信息整形输出, 就能实现检测障碍的功能。 轮式机器人障碍探测与避障方案, 并探讨其可行性。 超声波传感器可探测距离最远可达数米, 但是存 在探测盲区, 一般超声波传感器的探测盲区为 50 cm; 1 移动机器人障碍探测系统 而红外传感器可探测距离较短, 一般所能探测距离为 感知功能通常是使用多个不同种类的传感器完成 10 cm~ 80 cm。结合这两种传感器的特点, 在满足比 的。根据功能的不同, 移动机器人系统传感器大致可 赛要求的基础上, 考虑到实现的成本及难易程度, 本文 以分为两类: 一类是对机器人的位置、姿态、速度和系 拟主要选择超声波传感器与红外传感器相结合的方 统内部状态等进行监控的内部传感器 (如里程计、陀 式, 按照优势互补的原则来探测移动机器人前进过程 螺仪、加速度传感器等)