機(jī)器人中超聲波傳感器的應(yīng)用解決方案

機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體及感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅?，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。因此機(jī)器人可代替或協(xié)助人類完成各種工作，凡是枯燥的、危險(xiǎn)的、有毒的、有害的工作，都可由機(jī)器人大顯身手。機(jī)器人除了廣泛應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域外，還應(yīng)用于資源勘探開發(fā)、救災(zāi)排險(xiǎn)、醫(yī)療服務(wù)、家庭娛樂、軍事和航天等其他領(lǐng)域。機(jī)器人是工業(yè)及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。本文主要針對(duì)超聲波傳感器在機(jī)器的應(yīng)用做一個(gè)簡單的介紹。

超聲波傳感器是移動(dòng)機(jī)器人避障、測(cè)距常用傳感器之一。同時(shí)也是用來測(cè)量物體的距離，首先，超聲波傳感器會(huì)發(fā)射一組高頻聲波，一般為40-45KHz，當(dāng)聲波遇到物體后，就會(huì)被反彈回，并被接受到。通過計(jì)算聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，再乘以聲波在媒介中的傳播速度（344 米/秒，空氣中）。就可以獲得物體相對(duì)于傳感器的距離值了。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于機(jī)器人的應(yīng)用來說，超聲波傳感器主要用來探測(cè)物體的距離以及相對(duì)于傳感器的方位，以便可以進(jìn)行避障動(dòng)作。最理想就是矩形，不但可以準(zhǔn)確的獲得物 體的距離值，也可以準(zhǔn)確的獲得方位值，就是正前方。但是實(shí)際上，超聲波的波束根據(jù)應(yīng)用不同，有寬波束，和窄波束。如果被探測(cè)物體處于合適的角度中，超聲波傳感器會(huì)獲得正確的檢測(cè)結(jié)果。但是，如果被測(cè)物體的角度有偏差，則傳感器的測(cè)量結(jié)果中就會(huì)包含誤差。其中可能會(huì)出現(xiàn)的誤差有三角誤差、鏡面反射、多次反射等。因此傳感器安裝在機(jī)器人上時(shí)距離地面不能太近，太近容易產(chǎn)生干擾信號(hào)，而且容易將可以翻越的障礙物當(dāng)成無法逾越的障礙物。傳感器兩探頭間的距離不能太遠(yuǎn)也不能太近，太遠(yuǎn)測(cè)量誤差過大，太近串?dāng)_信號(hào)過強(qiáng)。

在超聲波傳感器的使用過程中，需考慮到以下幾個(gè)問題：首先多數(shù)超聲波傳感器的工作頻率為40-45Khz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人耳能夠聽到的頻率范圍。但是周圍環(huán)境有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生類似頻率的噪音。這些噪聲會(huì)影響超聲波傳感器的測(cè)量結(jié)果。這時(shí)，可以通過對(duì)發(fā)射的超聲波進(jìn)行編碼來解決，比如發(fā)射一組長短不同的音波，只有當(dāng)探測(cè)頭檢測(cè)到相同組合的音波時(shí)，才進(jìn)行距離計(jì)算。這樣就可以有效的避免由于環(huán)境噪音所引起的誤讀。其次是當(dāng)多個(gè)超聲波傳感器一起工作時(shí)，由于聲波的反射，也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，這是需要注意的。通過對(duì)超聲波傳感器的安放位置及其本身的性能指標(biāo)進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)計(jì)，這種影響是可以消除的。最后被測(cè)物體的大小，也會(huì)對(duì)超聲波傳感器的探測(cè)能力有一定的影響。一般來說，對(duì)同一個(gè)超聲波傳感器來說，被測(cè)物體的體積越大，則反射的超聲回波也越大，相應(yīng)的探測(cè)距離就會(huì)越遠(yuǎn)。反之，被測(cè)物體較小時(shí)，則超聲波傳感器的探測(cè)距離也會(huì)比較近。

真正實(shí)際應(yīng)用的過程中，一般是綜合配置使用多種不同的傳感器 ，以最大化保證在各種不同的應(yīng)用和環(huán)境條件下，機(jī)器人都能正確感知到障礙物信息。工釆網(wǎng)的機(jī)器人超聲波傳感器MB7360是一款高分辨率（1mm）、高精度低功耗的超聲波傳感器，它在設(shè)計(jì)上，不僅對(duì)干擾噪音做了處理，具備抗噪音干擾能力。而且對(duì)于大小不同的目標(biāo)，和變化的供電電壓，做了靈敏度的補(bǔ)償。另外還具備標(biāo)準(zhǔn)的的內(nèi)部溫度補(bǔ)償，可選的外部溫度補(bǔ)償，使得測(cè)量出來的距離數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。直接輸出精確的距離讀數(shù)，節(jié)省了MCU的資源，更合適應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。