郭婧 马成华
摘 要：避障能力能够为机器人完成任务提供保障，而利用避障算法需要建立环境模型，计算量大并且效果较差。采用传感器方案设计的机器人可避免传统方案不足，从而使工作效率提升。本文就基于多超声传感器的机器人安全避障技术运用作简要阐述。
关键词：多超声传感器 机器人 安全避障技术
中圖分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0126-02
随着机器人应用领域扩展，机器人工作环境日益复杂，避障能力成为了衡量机器人研发水平的重要因素。新的避障技术应用能够使机器人在复杂的情况下判断周围的情况，从而有效地避免障碍，使工作得以顺利完成。
1 多传感器系统与信息处理融合技术
多传感器数据融合其实质是对人脑处理问题的一种模拟，在该系统中，不同传感器能够提供不同特征的信息。实时或者是非实时，实变或者是非实变的。系统工作原理就是利用不同传感器资源，通过合理使用与支配，通过分析信息从而对对象进行描述或解释。信息融合目的在于基于不同传感器获得的信息，通过对其进行优化与组合从而获得更多的有效信息。
多传感器系统资源利用效率能够有效提升，从而最大限度获得关于被探测对象相关信息。多传感器信息采用量增大，而信息在时间与空间、表达方式与可信度方面又存在差异，用途与侧重点也不同。传感器获得的信息之间存有一定的关联，利用多传感器系统并且各部分工作协调，能够为工作有效开展提供保障。
2 超声传感器应用机器人避障
超声传感器应用的是扫描触发方式，能够有效避免相互间交叉感染，检测实时性又能够得到提升，单个传感器发出的超声波能量集中于波束的中央，超声波有方向性，能够对一定方向上的障碍物进行探测。比如某类型的传感器，方向开角是30度，距离测算原理是对发射与接收声波的时间差进行计算，结合到空气中声波传输的速度从而计算得到障碍物体的距离。考虑到单个传感器只能对一定范围内障碍物进行探测，对于其他方向的障碍物无法有效地探测并且由于存在幻影，会影响到测算距离的准确性。因此需要利用数量不等的传感器，作出与之相应的距离与方向隶属度函数，考虑到计算工作量与运算的效率，通常采用线性函数。将传感器设置为弧形排列，传感器之间保持固定的间隔，依据实际情况可以进行灵活调整，依据传感器的排列位置与方向角并利用方向隶属函数，从而获得传感获得传感器位置隶属度。比如设置障碍物方向模糊语言集合，{右，右偏，前方，左偏，左}，设定对应的语言变量，可以用其对应的英文单词首字母替代。由于机器人运动环境条件复杂并且未知，因此建立精确的数学模型障碍物位置进行预测难度非常大，而利用模糊算法则具有良好的适用性，依据传感器探测距离与方向，就可以得到关于障碍物方向、距离的模糊关系。
3 基于超声的移动机器人定位技术
定位技术可以将其分为相对定位与绝对定位技术两种，前者的优势体现在短期精度高，价格低廉。但是此方法无法避免时间漂移问题，路径在增加的同时，细小误差经过积累会无限增大，因此此种技术不适用于长距离与长时间定位。绝对定位技术中较为常见的技术包括了地图匹配定位、路标定位，路标定位在实际工作应用比较广泛。首先需要在机器人工作环境中设置路标，之后利用机器人自身探测器对周围环境进行探测，利用获得的信息构造局部地图并将其与原有的地图进行比较，如果二者相匹配就能够得到机器人在工作中正确的方向与位置。
依据已经掌握的信息可以将其分为环境信息已知的离线全局路规划，环境信息部分已知或者未知的离线路径全局规划。路径规划工作采用的方法包括栅格法与可视图法。利用后者能够获得最短路径，而前者是将环境分解为包含信息的单元网格，每个网格都有累积值，表示此位置存在障碍物体的可能性。传感器通过对环境进行快速采样，从而不断地检测获得关于障碍物体的栅格。控制算法的性能主要受到栅格大小的影响，栅格越小环境分辨率就会越大，但是抗干扰的能力也就会越弱。相反抗干扰的能力就会越强，但是分辨率会降低，信息存储量也会变小，在障碍物密集的情况下找出有效路径的能力就会削弱。
4 基于多超声传感器的机器人安全避障技术运用
如图1所示，某型号机器人应用超声传感器技术，机器人具备的功能包括避障，通过超声波雷达传感器检测到运动前方障碍物后，自动减速停车；绕障，在宽度允许的路段，机器人检测到障碍物后，通过侧向移动，利用路面宽度，绕开障碍物，检测到障碍物不处于运动前方后，继续向前运动；绕行，在宽度不允许或绕障后也无法避开障碍物时，重新计算行走路径，按新的路径绕开障碍物路段，到达指定位置。
机器人采用激光无轨导航，激光导航扫描仪安装于机器人后部，车身具备8个超声波雷达传感器（分别位于机器人前后）。机器人驱动系统采用4轮驱动，转向方式为滑移转向。二维激光雷达扫描周围环境，将扫描数据与储存地图进行比对、匹配，用于导航。有效检测最大距离40～60m。扫描范围190°，呈水平反角扇型检测面。超声波检测范围3m，呈锥形，障碍物小于1m，机器人减速，障碍物小于0.3m机器人急停。通过8个超声波雷达，检测范围覆盖机器人本体。以机器人在变电站应用为例，通行于变电站主要道路，电缆沟盖板、新建水泥道路。主要站内道路宽度约3～5m左右。盖板路宽度约1.2m，部分位置宽度2m。新建道路按标准修建的机器人同行专用道路，宽度1.2m。可能存在的障碍物有检修围栏高度约1m，用于将需要维修的部分隔离开，有时会占用部分道路或全部截断。检修车检修时，停于主道路内。通过将机器人应用于实际工作，通过测试机器人能够较好地完成工作，后续还需要对其中存在的不足之处改进，从而使其能够适应复杂的环境。
5 结语
利用机械设备代替人工劳动，能够降低人工成本，同时确保工作人员安全。自动化与智能化技术的发展，机器人在工作中应用的范围逐渐扩大，而要使机器人顺利完成工作，重点在于能够避开前进路上各种障碍。基于多超声传感技术，机器人能够感知周围的环境，通过计算从而避免障碍物体，到达目的地开始工作。随着技术发展成熟，机器将会在多个领域替代人类工作，在确保工作质量的同时，提升工作效率，同时降低成本，使企业经济利益能够得到保障。
参考文献
[1]任亚楠，贾瑞清，何金田，等.基于超声波传感器的移动机器人避障系统研究[J].中国测试，2012（3）：76-79.
[2]黄湘镇.多超声波传感器的轮式机器人避障系统研究[J].活力，2013（4）：71.
