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        工業機器人避障主要用到了哪些傳感器

        2019年10月24日 09:35 ? 次閱讀

        (文章來源:未來工業互聯網)

        移動機器人需要通過傳感器實時獲取周圍的障礙物信息,包括尺寸、形狀和位置信息,來實現避障。避障使用的傳感器有很多種,目前常見的有視覺傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等。超聲波傳感器的基本原理是測量超聲波的飛行時間,通過d=vt/2測量距離,其中d是距離,v是聲速,t是飛行時間。

        上圖是超聲波傳感器信號的一個示意。通過壓電或靜電變送器產生一個頻率在幾十kHz的超聲波脈沖組成波包,系統檢測高于某閾值的反向聲波,然后使用測量到的飛行時間計算距離。超聲波傳感器一般作用距離較短,普通的有效探測距離幾米,但是會有一個幾十毫米左右的最小探測盲區。由于超聲傳感器成本低、實現方法簡單、技術成熟,是移動機器人中常用的傳感器。

        紅外傳感器,一般的紅外測距都是采用三角測距的原理。紅外發射器按照一定角度發射紅外光束,遇到物體之后,光會反向回來,檢測到反射光之后,通過結構上的幾何三角關系,就可以計算出物體距離D。

        工業機器人避障主要用到了哪些傳感器

        當D的距離足夠近的時候,上圖中L值會相當大,如果超過CCD的探測范圍,雖然物體很近,傳感器反而看不到了。當物體距離D很大時,L值就會很小,測量精度會變差。因此,常見的紅外傳感器的測量距離都比較近,小于超聲波,同時遠距離測量也有最小距離的限制。另外,對于透明的或者近似黑體的物體,紅外傳感器是無法檢測距離的。但相對于超聲來說,紅外傳感器具有更高的帶寬。

        激光傳感器,常見的激光雷達是基于飛行時間的(ToF,time of flight),通過測量激光的飛行時間來測距d=ct/2,類似前面提到的超聲測距公式,其中d是距離,c是光速,t是從發射到接收的時間間隔。

        比較簡單的方案是測量反射光的相移,傳感器以已知的頻率發射一定幅度的調制光,并測量發射和反向信號之間的相移,如上圖。調制信號的波長為lamda=c/f,其中c是光速,f是調制頻率,測量到發射和反射光束之間的相移差theta之后,距離可由lamda*theta/4pi計算得到,如上圖。

        視覺傳感器,常用的計算機視覺方案也有很多種, 比如雙目視覺,基于TOF的深度相機,基于結構光的深度相機等。

        基于結構光的深度相機發射出的光會生成相對隨機但又固定的斑點圖樣,光斑打在物體上,因為與攝像頭距離不同,被攝像頭捕捉到的位置也不相同。先計算斑點與標定的標準圖案在不同位置的偏移,利用攝像頭位置、傳感器大小等參數就可以計算出物體與攝像頭的距離。

        雙目視覺的測距本質上也是三角測距法,由于兩個攝像頭的位置不同,就像人的兩只眼睛一樣,看到的物體也不一樣。兩個攝像頭看到的同一個點P,在成像的時候會有不同的像素位置,此時通過三角測距就可以測出這個點的距離。

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