MuRata超声传感器在吸尘机器人的防碰撞系统中的应用-电子产品世界.PDF

MuRata 超声传感器在吸尘机器人的防碰撞 系统中的应用 温立，曾益 复旦大学 信息学院电子工程系 电路与系统专业 MuRata 超声传感器在吸尘机器人的防碰撞 系统中的应用 摘要：在现代智能家电产品中，吸尘机器人的应用已经逐渐普及开来。机器人必 须能够自己判断周围环境进行清扫，在这个过程中，防止碰撞是很重要的功能。 本设计使用了MuRata 超声传感器进行距离测量，并避免了干扰，成功的实现机 器人规避障碍物的功能。 关键词：智能吸尘机器人，超声传感器，测距 Abstract: The Auto-Vacuum Robots are widely used in the domestic environment currently. In order to know its surroundings and operate correctly, the robot must have a key function: avoiding the obstacle. This design uses MuRata ultrasonic sensor to measure the distance between robot and obstacles and successfully realize the function of avoiding the obstacle. Keywords: Intelligent vacuum robots, ultrasonic sensor, distance measurement 一、设计思想 随着智能家电普及，吸尘机器人得到越来越广泛的应用。吸尘机器人结合了 当前众多技术，包括电机控制，无线通信，远程遥控，传感器应用，软件控制等。 其中，传感器充当了机器人的眼睛的作用，只有合适和充足的传感器，机器人才 能够实时的对周围的情况作出判断，并做出规定的动作，完成相应的目标。吸尘 机器人通常设计成圆形外观，这样的设计有几点好处，一是圆形是各向同性的形 状，不管那边碰到障碍物，结构特性都一样，所以在软件实现上比较简单。二是 圆形机构比较紧凑，在相同的吸尘面积下，整体机器人所占的面积比较小，三是 便于防碰撞超声传感器的放置，可以绕着机器人前半部放置。 在设计中，我们利用超声测距原理，设计了一个环绕机器人前半部的超声测 距阵列，当机器人靠近障碍物时，能够得到与障碍的实际距离。并且同时能够知 道是哪个方向上靠近障碍物，这部分数据通过简单处理后，送到机器人主控板上。 这样就能够根据实际情况做出相应的判断和机动。见图1 传感器阵列 传感器信号处理板 主板 图1. 防碰撞系统示意图 1.1 超声测距的原理 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后 遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的 实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L c T / 2 其中c c0 1T / 273m/ s ; c0 331 .4m / s ; L 为测量的距离，T 为绝对温度。在测量精度要求不是很高的情况下，我们认为 c 340m/ s 是一个常数。由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与 被测量物体不需要直接接触的优点，是作为障碍物距离测量的理想手段。见图2 障碍 传感器 40KHz 图2. 超声发射与反射示意图 在这个系统中，为了成本的考虑，我们使用了一对MA40B8R 和MA40B8S 。我 们使用的MuRata 超声传感器的主要原因是成本考虑，其次是超声发射角度符合 我们的要求。 1.2 硬件电原理图 A 、超声信号发射原理图：