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使機器人動起來的四種方式
2016-08-12
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人工智(zhi)能(neng)和機器人領域著名的(de)莫拉(la)維克悖論(lun)表示:和傳統(tong)假設不同,對計算機而言,實現(xian)邏(luo)輯(ji)推(tui)理等(deng)人類高級(ji)智(zhi)慧(hui)(hui)只需(xu)要相對很少的(de)計算能(neng)力(li),而實現(xian)感知(zhi)、運(yun)動等(deng)低等(deng)級(ji)智(zhi)慧(hui)(hui)卻需(xu)要巨大的(de)計算資源(yuan)。

已經在“人(ren)類(lei)最后智力驕(jiao)傲(ao)”上(shang)碾(nian)壓人(ren)類(lei)的(de)(de)(de)(de)Google DeepMind的(de)(de)(de)(de)人(ren)工智能(neng)(neng)程序AlphaGo,卻(que)連(lian)挪(nuo)動(dong)一(yi)枚小小的(de)(de)(de)(de)棋(qi)子都(dou)需(xu)要(yao)人(ren)類(lei)幫(bang)助才能(neng)(neng)完(wan)成(cheng),是(shi)(shi)莫拉維(wei)克悖論有力的(de)(de)(de)(de)證(zheng)明,讓(rang)(rang)計(ji)算(suan)機在智力測試或者(zhe)下棋(qi)中展現出一(yi)個成(cheng)年(nian)人(ren)的(de)(de)(de)(de)水平是(shi)(shi)相(xiang)對容(rong)易(yi)的(de)(de)(de)(de),但是(shi)(shi)要(yao)讓(rang)(rang)計(ji)算(suan)機有如一(yi)歲小孩般的(de)(de)(de)(de)感知和行動(dong)能(neng)(neng)力卻(que)是(shi)(shi)相(xiang)當(dang)困(kun)難。

 

而在機(ji)器人(ren)系(xi)統中,自主導(dao)(dao)航(hang)是一(yi)項核心技術,是賦予機(ji)器人(ren)感(gan)知和行動能力的關鍵。下面為大家盤(pan)點一(yi)下自主移動機(ji)器人(ren)常用的四種(zhong)導(dao)(dao)航(hang)定位方法(fa)。

 

 

激(ji)(ji)光(guang)(guang)全局定(ding)位系統一般由激(ji)(ji)光(guang)(guang)器(qi)(qi)旋(xuan)轉機構(gou)、反(fan)射(she)鏡(jing)、光(guang)(guang)電接收裝置(zhi)和數據(ju)(ju)(ju)采集(ji)與傳(chuan)輸裝置(zhi)等(deng)部分組成。工作(zuo)時(shi),激(ji)(ji)光(guang)(guang)經過(guo)旋(xuan)轉鏡(jing)面機構(gou)向外發射(she),當掃描到(dao)由后(hou)向反(fan)射(she)器(qi)(qi)構(gou)成的(de)合作(zuo)路標(biao)時(shi),反(fan)射(she)光(guang)(guang)經光(guang)(guang)電接收器(qi)(qi)件處(chu)理作(zuo)為檢(jian)測信號,啟動數據(ju)(ju)(ju)采集(ji)程序讀取旋(xuan)轉機構(gou)的(de)碼盤數據(ju)(ju)(ju)(目標(biao)的(de)測量角度值),然后(hou)通過(guo)通訊傳(chuan)遞(di)到(dao)上位機進(jin)(jin)行數據(ju)(ju)(ju)處(chu)理,根據(ju)(ju)(ju)已知(zhi)路標(biao)的(de)位置(zhi)和檢(jian)測到(dao)的(de)信息,就可以計算出傳(chuan)感器(qi)(qi)當前在(zai)路標(biao)坐標(biao)系下(xia)的(de)位置(zhi)和方向,從(cong)而達到(dao)進(jin)(jin)一步導(dao)航定(ding)位的(de)目的(de)。

 

如圖是(shi)一(yi)個(ge)LDSR激(ji)光(guang)(guang)傳感器(qi)系統原理(li)框圖。激(ji)光(guang)(guang)測(ce)距(ju)具有光(guang)(guang)束窄、平行(xing)性好、散射(she)小、測(ce)距(ju)方向分辨(bian)率高等優點,但同時它也(ye)受環境因(yin)素干擾比(bi)(bi)較(jiao)大,因(yin)此采(cai)用激(ji)光(guang)(guang)測(ce)距(ju)時怎樣對采(cai) 集的(de)信號進行(xing)去噪等也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)比(bi)(bi)較(jiao)大的(de)難(nan)(nan)題,另外激(ji)光(guang)(guang)測(ce)距(ju)也(ye)存在(zai)盲區(qu),所以光(guang)(guang)靠激(ji)光(guang)(guang)進行(xing)導航(hang)定位(wei)實現起來(lai)比(bi)(bi)較(jiao)困(kun)難(nan)(nan),在(zai)工(gong)(gong)業應用中(zhong),一(yi)般還是(shi)在(zai)特定范圍內的(de)工(gong)(gong)業現場(chang)檢測(ce),如檢測(ce)管(guan)道裂縫等場(chang)合應用較(jiao)多。

 

紅(hong)外(wai)(wai)(wai)傳感(gan)技術經常被用(yong)在(zai)多關節機(ji)器(qi)人避障系統中,用(yong)來構(gou)成(cheng)大面積機(ji)器(qi)人“敏感(gan)皮膚”,覆蓋在(zai)機(ji)器(qi)人手臂表(biao)(biao)面,可(ke)(ke)以檢測機(ji)器(qi)人手臂運行過程(cheng)中遇到的(de)(de)(de)各種物體。典型的(de)(de)(de)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)傳感(gan)器(qi)工作原理如圖所示。該傳感(gan)器(qi)包括一(yi)個可(ke)(ke)以發(fa)射(she)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光的(de)(de)(de)固態(tai)發(fa)光二極管和一(yi)個用(yong)作接收器(qi)的(de)(de)(de)固態(tai)光敏二極管。由紅(hong)外(wai)(wai)(wai)發(fa)光管發(fa)射(she)經過調(diao)制(zhi)的(de)(de)(de)信(xin)號,紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光敏管接收目標(biao)物反射(she)的(de)(de)(de)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)調(diao)制(zhi)信(xin)號,環境紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光干擾(rao)的(de)(de)(de)消除(chu)由信(xin)號調(diao)制(zhi)和專(zhuan)用(yong)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)濾(lv)光片保證。設(she)輸出信(xin)號Vo 代表(biao)(biao)反射(she)光強度的(de)(de)(de)電(dian)壓輸出,則Vo是探頭(tou)至工件間距離的(de)(de)(de)函數:

 

Vo=f(x,p)

 

式中,p—工(gong)件反射系數。p與(yu)目標物表面(mian)顏色、粗糙度有關。x—探頭至工(gong)件間距離。

 

當工件為(wei)p 值(zhi)一致的同類目標(biao)物(wu)(wu)時,x 和Vo 一一對應。x可(ke)通(tong)(tong)過(guo)對各種目標(biao)物(wu)(wu)的接近測量實驗數據進(jin)行插值(zhi)得到。這樣通(tong)(tong)過(guo)紅外(wai)傳感器就可(ke)以(yi)測出機器人(ren)距離目標(biao)物(wu)(wu)體的位置,進(jin)而通(tong)(tong)過(guo)其(qi)他的信息(xi)處理方(fang)法(fa)也就可(ke)以(yi)對移動(dong)機器人(ren)進(jin)行導航定位。

超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)導航定位的(de)(de)工作原(yuan)理也與激光和紅外(wai)類似,通常(chang)是(shi)由超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)傳感器的(de)(de)發(fa)(fa)(fa)射(she)探頭發(fa)(fa)(fa)射(she)出(chu)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo),超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)在介質中遇(yu)到障礙物(wu)而返回到接(jie)收(shou)裝置(zhi)。通過接(jie)收(shou)自(zi)身發(fa)(fa)(fa) 射(she)的(de)(de)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)反射(she)信(xin)號,根據超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)發(fa)(fa)(fa)出(chu)及回波(bo)(bo)(bo)接(jie)收(shou)時間差及傳播速度,計算(suan)出(chu)傳播距離S,就(jiu)能得到障礙物(wu)到機器人的(de)(de)距離,即(ji)有公式: S=Tv/2 式中,T—超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)發(fa)(fa)(fa)射(she)和接(jie)收(shou)的(de)(de)時間差;v—超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)(bo)在介質中傳播的(de)(de)波(bo)(bo)(bo)速。

 

當然,也有不少移動機器人導航定位中用到的是分開的發射和接收裝置,在環境地圖中布置多個接收裝置,而在移動機器人上安裝發射探頭。

由于超聲波傳感(gan)器(qi)具有(you)成本低廉、采(cai)(cai)集信(xin)息(xi)(xi)速率快(kuai)、距離分辨率高等(deng)優(you)點,長(chang)期以來被(bei)(bei)廣(guang)泛地(di)應用(yong)到移動機(ji)器(qi)人的(de)(de)導(dao)航定位中。而且它采(cai)(cai)集環境信(xin)息(xi)(xi)時不(bu)需要(yao)復雜的(de)(de)圖像配備技術(shu),因(yin)此測距速度(du)快(kuai)、實時性好。同時,超聲波傳感(gan)器(qi)也不(bu)易受(shou)到如(ru)天 氣(qi)條件、環境光照及障礙(ai)物陰(yin)影(ying)、表(biao)面(mian)粗糙度(du)等(deng)外界環境條件的(de)(de)影(ying)響。超聲波進行導(dao)航定位已經被(bei)(bei)廣(guang)泛應用(yong)到各(ge)種移動機(ji)器(qi)人的(de)(de)感(gan)知系統中。

(摘(zhai)選自中(zhong)國電子網)


 

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