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附1:小车避障【荐】.pdf

发布:2017-08-06约1.17万字共14页下载文档
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圆梦小车 StepbyStep 之四 圆梦小车 Step by Step 之六 —— 让小车“看到”障碍物 前一篇讲述了如何在“路”上行走,本篇让小车学会“看到”避障物! 机器视觉中最接近人眼的莫过于摄像头了,可图像处理小车的“大脑”对付不了,至少 目前的“大脑”能力不够,等进化后也许能够应付。 为了能“看到”障碍物,小车目前能用的主要是各类测距传感器,典型的有超声波和红 外两种,此外还有利用光线的反射强弱来判断的,这种方式不具备“测距”功能,但可以判 断有无!因为不同物体表面及颜色反射的能力不同(看后面的数据)。 本文主要讨论的是机器人中最常用的红外测距传感器 —— GP2D12。 一、“看到”障碍物的眼睛 —— 红外测距传感器 首先认识一下: 之所以选择 GP2D12 红外测距传感器,理由如下: 首先是因为在机器人活动中(不包含工业机器人)这个传感器最常用,几乎每家国外的 第 1 页 共 14 页 圆梦小车 StepbyStep 之四 机器人配件供应商都提供。使用 Google 英文版搜索一下 “MiniSumo”,你将会发现 GP2D12 使用是多么普遍。 其二是因为它的测距范围和小车的“个头”及运动速度匹配,对于 10cm 见方、运动速 度 10 – 30cm/s 的小个头,能“看到”几米开外的东西意义不大,而 10 – 80cm 正是它 所要关注的范围。 GP2D12 的工作原理我理解为(仅供参考,欢迎指正): 它是由一个红外发射管和一个 PSD(Position Sensing Device 位置敏感检测装置)以及相 应的计算电路构成,Sharp 公司的 PSD 很有特色,它可以检测到光点落在它上面的微小位移, 分辨率达微米,GP2D12 正是利用这个特性实现了几何方式测距。 红外发射管发出的光束,遇到障碍物反射回来,落在 PSD 上,构成了一个等腰三角形, 借助于 PSD 可以测得三角形的底,而两个底角是固定的,由发射管确定,此时便可通过底边 推算出高,也就是我们所要的距离。如下图所示: 障碍物 此角度不变 此处即光束 的位置。 红外发射管 PSD 从图中可以看出,这是一个顶角极锐的等腰三角形,底边只有 2cm ,高却要有 10 – 80cm,所以 PSD 的分辨率必须极高,否则微小的偏差都会带来距离的巨大误差。从这一点 第 2 页 共 14 页 圆梦小车 StepbyStep 之四 也可以得出,它的测距结果很难稳定、精确,毕竟比值太大。 因为 PSD 的尺寸有限,从图中就很容易理解为何它的测量距离超出范围后就不可能是有 效数据,连趋势都得不到。 从上述原理描述还可以知道,它不是连续测量,得到底边长度后,必须经过计算才能得 到距离值,然后转换为模拟信号输出。 这两个推论在那篇“Sharp GP2D12 applicationNote
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