Датчики препятствия: как роботы ориентируются в пространстве | Наука

Краеугольным камнем каждого автономного робота является возможность беспроблемного передвижения в окружающем пространстве. Если говорить о роботе Promobot V4, то также важно безопасно двигать руками-манипуляторами и при наличии какого-либо препятствия моментально остановить движение. Выполнять подобные задачи роботу помогают датчики препятствия.

Ультразвуковые датчики

Их принцип работы достаточно прост: микроконтроллер посылает на источник сигнала несколько пучков с частотой десятки кГц, отраженный от объекта сигнал попадает на приемник и в результате совпадения частоты отраженного сигнала и частоты резонанса приемника на выходе приемника появляется напряжение. При этом время, пройденное между излучением сигнала и появлением напряжения на приемнике, преобразуется в пройденное ультразвуковым сигналом расстояние.

Однако у такого измерения есть ряд недостатков:
• Поглощение сигнала мягкими и пористыми объектами;
• Некорректное отражение сигнала от объектов сложной формы;
• Сильная чувствительность к высоким звуковым давлениям, например сильный поток воздуха на датчик.

Световые датчики

Здесь принцип работы схож с ультразвуковым сигналом, только вместо звука — свет. Однако данный вид измерения также не лишен недостатков.
• Это почти полное поглощение сигнала черными матовыми объектами;
• Некорректное детектирование объектов из стекла;
• Сильная чувствительность к прямым солнечным лучам;
• Меньшее, по сравнению с ультразвуком, максимальное измеряемое расстояние.

Поэтому, разработчики робота Promobot V4, скомбинировав световые и ультразвуковые измерения, создали собственные датчики, которые компенсируют недостатки этих двух типов измерений.

Датчиков много не бывает

Всего они использовали 16 датчиков, расположив их в шасси, что дало круговой обзор в 360 градусов без наличия «мертвых» зон. Корпус шасси робота разделен на 4 сектора, в которые установлены датчики расстояния.

Опрос датчиков происходит последовательно: сначала в него отправляется команда для излучения сигналов измерения, после этого датчик переходит в режим ожидания отраженных сигналов. По прошествии времени, необходимого для преодоления ультразвуковой волной расстояния 200 см туда и обратно, посылается запрос на получение результата измерения.

Для устранения «ловли» датчиком расстояния чужого отраженного сигнала каждый следующий датчик для опроса располагается в противоположной стороне от предыдущего.

Но сигнал все также может отражаться не перпендикулярно датчику, из-за сложной формы объекта. Для решения этой проблемы был применен специальный алгоритм «1+2»: один датчик генерирует сигнал измерения расстояния и ждет отраженный, а вместе с ним - и два соседних.

Если произошло некорректное отражение сигнала измерения, то, скорее всего, отраженный сигнал зафиксирует один из двух соседних датчиков. Отраженный сигнал через разные промежутки времени может вернуться во все три датчика, в таком случае мы получаем три вероятных расстояния до препятствия. Финальным результатом будет наименьшее значение расстояния из трех.

#студентам@mephi_iftis #наука@mephi_iftis