機器人中超聲波傳感器的應用解決方案

機器人是由計算機控制的復雜機器，它具有類似人的肢體及感官功能；動作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時可以不依賴人的操縱。機器人傳感器在機器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機器人才具備了類似人類的知覺功能和反應能力。因此機器人可代替或協(xié)助人類完成各種工作，凡是枯燥的、危險的、有毒的、有害的工作，都可由機器人大顯身手。機器人除了廣泛應用于制造業(yè)領域外，還應用于資源勘探開發(fā)、救災排險、醫(yī)療服務、家庭娛樂、軍事和航天等其他領域。機器人是工業(yè)及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。本文主要針對超聲波傳感器在機器的應用做一個簡單的介紹。

超聲波傳感器是移動機器人避障、測距常用傳感器之一。同時也是用來測量物體的距離，首先，超聲波傳感器會發(fā)射一組高頻聲波，一般為40-45KHz，當聲波遇到物體后，就會被反彈回，并被接受到。通過計算聲波從發(fā)射到返回的時間，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于傳感器的距離值了。在實際應用中，對于機器人的應用來說，超聲波傳感器主要用來探測物體的距離以及相對于傳感器的方位，以便可以進行避障動作。最理想就是矩形，不但可以準確的獲得物 體的距離值，也可以準確的獲得方位值，就是正前方。但是實際上，超聲波的波束根據(jù)應用不同，有寬波束，和窄波束。如果被探測物體處于合適的角度中，超聲波傳感器會獲得正確的檢測結果。但是，如果被測物體的角度有偏差，則傳感器的測量結果中就會包含誤差。其中可能會出現(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器人上時距離地面不能太近，太近容易產(chǎn)生干擾信號，而且容易將可以翻越的障礙物當成無法逾越的障礙物。傳感器兩探頭間的距離不能太遠也不能太近，太遠測量誤差過大，太近串擾信號過強。

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

真正實際應用的過程中，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用和環(huán)境條件下，機器人都能正確感知到障礙物信息。工釆網(wǎng)的機器人超聲波傳感器MB7360是一款高分辨率（1mm）、高精度低功耗的超聲波傳感器，它在設計上，不僅對干擾噪音做了處理，具備抗噪音干擾能力。而且對于大小不同的目標，和變化的供電電壓，做了靈敏度的補償。另外還具備標準的的內部溫度補償，可選的外部溫度補償，使得測量出來的距離數(shù)據(jù)更加精準。直接輸出精確的距離讀數(shù)，節(jié)省了MCU的資源，更合適應用于機器人領域。