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1、割草机器人的传感器,主讲人：王威 组员：王威 李晓峰 邹蒙,简介：,传感系统是自动割草机器人感知自身状态以及外界环境信息的重要单元。为了实现割草机器人的预计工作目标，就要感知割草机器人所处工作环境的静态及动态信息，使其相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。同时，为了保证工作区域内人和动物的安全，还应采取相应的安全机制。根据各种传感器不同的功能和特性，割草机器人通常采用的如下的六大类传感器。,分类：,1电子篱笆传感器2超声波传感器3红外传感器4接触传感器5雨水传感器6倾角开关传感器,1.电子篱笆传感器,原理：电子篱笆传感器其实就是一种电涡流式传感器，它依据的是法拉第电磁感应定律因磁
2、通量变化产生感应电动势的现象。电子篱笆传感器感应的是电子篱笆所发出的一定频率的脉冲信号，感应线圈在靠近通有交变电流的篱笆电线边界的时候，会产生出感应的电流和电压，根据检测在特定频率下的信号可以得到割草机是否接近边界的条件。,应用：电子篱笆部分是整个自动割草机的核心，一方面可以保证割草机始终在电子篱笆所围的范围内割草，另一方面是割草机返回充电所依据的路线。它主要用于探测割草范围的边缘。初期采用QBJ-3800XL-A01，价格为：35元左右。,布置位置：,电子篱笆探头的放置位置如图所示。其中，A3、A4这两个电子篱笆探头主要用于检测前端电子篱笆区域，如果检测到，执行转向后退的动作。A1、A2则是
3、用于进入基站的时候寻线使用，割草机在进入基站的时候，依据这两个寻线的探头一直走回基站，并且A1、A2也可以在自动割草的时候发挥作用，可以避免割草机走出边界，特别是在割草区域的边角地带，成为处理边界算法中的一个重要的辅助信号。,2.超声波传感器,原理：,压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波；同时它接收到超声波时，也能转变成电能。它既作发送，也能作接收。这里选用小型超声波传感器，它适用于在空气中传播，工作频率一般为40-45KHZ。我们选用T/R-40-12型，其价格为5-10元。超声波传感器的探测范围为10cm一3m。,应用：超声波传感器主要针对割草
4、机器人遇到的突发性障碍物如绿篱、建筑、花圃、池塘等静态障碍物，以及小孩、动物等动态障碍物进行探测，是避障环节最主要的一个传感器。,避障基本思想是：在避障的时候候，移动机器人通过传感器实时探测出其离障碍的距离d，再分析d的大小来决定自身的走向，使移动机器人避障的同时充分的接近障碍。,优点：超声波传感器由于具有成本低、安装方便、不易受电磁和光线烟雾影响、时间信息直观等特点，在移动机器人控制领域中有着广泛的应用；而且由于超声波的波长非常短，可以聚集成狭小的发射线束而呈直线状播散，所以传播具有一定的方向性。缺点：当超声波信号在发射的瞬间，有部分声波会直接进入接受端，从而产生很强的虚假发射波，造成串扰现
5、象。为了有效地避免串扰现象，需要进行软件延时处理，从而导致所谓的探测“盲区”。,布置位置：,超声波测距系统共采用八个超声波传感器。根据智能割草机器人避障要求，将八组超声波传感嚣安装车体的周围，具体分配如下：正前方、左前方、右前方和后方各一个，左边和右边各两对。这样就可以确保能探测到前方和侧面的障碍物。然后采用采用传感器融合技术获取障碍物的方向、距离等信息,3.红外传感器,原理：红外传感器工作原理是采用发射固定波长的红外线并接收同一回波的主动方式，是一种能将红外辐射能转换成电能的光敏器件。红外线传感器的测试范围为5mm30cm。,应用：在实际应用中，由于红外传感器测量范围较近，因此它一般与超声波
6、传感器结合使用，用于障碍物的测量，以实现功能上互补。另外，而很多超声波无法检测到的物体(像纤细的织物)很容易被红外测距传感器检测到。一般选用IRAS V30型，价格为5-10元。,特点：,红外传感器是一种比较有效的接近传感器，经常被使用在各种机器人系统上。优点：它的探测角较小，但方向性强，测量精度高，反应速度快，而且不受电磁波、非噪声源的干扰、可实现非接触性测量；另外，红外线不受周围可见光的影响，可在昼夜进行测量。缺点：它是受环境影响较大，红外探测头稍微被灰尘污染其测量精度就会大大下降。由于红外传感器对光的测量差异，物体的颜色、方向、周围的光线都能导致测量误差。,布置位置：,本红外传感器环与超
7、声波传感器相配合，由8个红外线测障传感器组成。每一个红外线测障传感器的测量空间为一个顶角为6度的圆锥形空间，以确保有较高的测量精度。,4.接触传感器,原理：传感器接受由于接触而产生的柔量（位移等的响应），进而向控制器发出信号。我们初期选用GT-H10型，价格大约是100多。,应用和特点：,接触传感器属于触觉传感器，一般成组使用，用于避开快速的或者是主动碰向割草机的物体。自动割草机器人在车身上应设置接触传感器组，当与物体发生碰撞时，用于发生中断信号，为控制系统提供信息。接触传感器的缺点是信号滞后，很难实现实时避障。,布置位置：,鉴于割草机器人的运动情况，我们暂时只布置一组传感器，如图所示是接触传
8、感器的安装位置，在左前方和右前方各布置一个，尽量放在边缘有利于检测障碍物。,5.雨水传感器,原理：雨水传感器由一个湿敏电阻和一个比较器组成。在正常工作的情况下，湿敏电阻阻值大约为1M欧左右，这样，比较器输出的就是为高（正极（约2.5V）负极（约2V）。如果有雨水的碰到湿敏电阻，那么阻值会急剧下降，大约能到1k欧左右，那么比较器输出就为低（正极（约0V）负极（约2V）。这样就能得到一个有雨水感应的信号，执行相应的回基站避雨的操作。,应用：雨水传感器可以让机器人感知外界的天气变化，当下雨时自动返回到安全地点，以防止内部电路因潮湿而受损。初期选用YL-83型，价格为10元左右。,布置位置：,在机器人
9、的上方布置两个雨水传感器，用于检测是否下雨。,6.倾角开关传感器,简介：倾角传感器的种类较多，原理也各不相同，有加速度计原理，电解质原理（精度高，输出较慢）等，但殊途同归，其本质就是要检测载体沿某一水平轴偏转的角度，即姿态角度（俯仰，横滚）。,原理：,在塑料壳体内装有一定粘度的电解液，并有相应的电极和外部相连接。电极和电极之间相互平行且间距相等，如图所示。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻G1和G2。当壳体水平时，电极浸入电解液的深度相同。若液体摆水平时，则G1=G2，如图1a。当壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，电极浸入液体的
10、深度也发生变化，如图1b所示，左边电极浸入深度小，则两电极之间的导电液少，导电的离子数减少，电阻增大，相对应的另一边则导电液增加，导电的离子数增加，电阻减少，即G1G2。通过测量G1和G2 之间的差值，就可以得知倾斜角度的大小。在获得此信号的基础上，再配合外部信号处理电路，就可以获得准确的倾斜角度信号。对于一般的内部带有信号处理电路的产品，其结构如图2所示。,应用：,总结：,由于现有传感器普遍存在着有效探测范围小、数据可靠性低等特点，在实际应用中往往使多个传感器共同工作，并采用传感器融合技术对检测数据进行分析、综合，利用数据间的冗余和互补特性进行容错处理，以求得所需要的环境特性。所谓多传感器融合，是指将多个传感器采集的信息进行合成，形成对环境某一特征的综合描述的一种方法。使用这种方法，可使探测到的环境信息具有冗余性、互补性、实时性和低成本的特点。传感器信息融合技术主要用于获得环境信息，进行环境建模，获得移动机器人的位置信息，为反馈控制提供数据。我相信咱们国家未来在机器人领域会越走越远，越来越强！,谢谢观看,
