隨著傳感器技術的推廣應用，機器人的發(fā)展也備受關注，同時也因為傳感器技術的進步，使得工業(yè)機器人的發(fā)展有了支持。可見傳感器為推動中國機器人產業(yè)快速有序發(fā)展立下了汗馬功勞。在機器人中使用的超聲波傳感器是一個電子模塊，測量距離在3cm到400cm之間。它可以用于幫助機器人避開障礙物，或用于其他相關項目的距離測量和避障工程。傳感器可謂是用來檢測機器人自身的工作狀態(tài)，以及機器人智能探測外部工作環(huán)境和對象狀態(tài)的核心部件。不僅能感受規(guī)定的被測量，還能按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。
由于超聲波指向性強，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等,都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。
為了使移動機器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。在三方向（前、左、右）組成超聲波測距系統(tǒng)，就是為機器人了解其前方、左側和右側的環(huán)境而提供一個運動距離信息。超聲波傳感器接上電源可以單獨作為超聲波測距使用，?超聲波傳感器還可以指定從單片機I/O端口上輸出分段距離檢測信號，可以直接裝在機器人上，作為尋物、避障探測等應用。下面讓我們以韓國Hagisonic 機器人超聲波傳感器模塊 - HG-M40系列、HG-L40系列一起來了解用于機器人的超聲波傳感器模塊具體方案。
一、機器人超聲波傳感器模塊 - HG-M40系列, HG-L40系列產品特性
- 探測物體、測量距離
- 中距
- 多方向
- “點擊噪聲”低
- 室內環(huán)境
- 死區(qū)小化
- 實時信號(5V TTL)
- 在 40kHz 下工作
- 3 種模塊 ? 收發(fā)器(HG-M40D) ? 發(fā)送器(HG-M40T) ? 接收器(HG-M40R)
二、超聲波測距原理
超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波兩個接收器分別收到反射波就立即停止計時，并測量每條路徑的距離和飛行時間的比例 (P1+P2, P1+P3)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。
三、機器人超聲波傳感器模塊 - HG-M40系列, HG-L40系列模塊與模式的區(qū)別
1、模塊
① 收發(fā)器(D) : ? 不僅可用作收發(fā)器模塊，而且在不同的接線方式下，可以作為接收器或發(fā)送器使用。
因為收發(fā)器要發(fā)出超聲波并等待回復，它可探測 30cm~40cm 及更遠的距離。無論怎
樣，它會盡可能識別出物體是否在某處。
② 發(fā)送器(T) : 僅發(fā)送超聲波。
③ 接收器(R) : 僅接收超聲波。
※ 使用 2 套或更多發(fā)送器和接收器時，可以進行 1~2cm 的近距離探測。
※ 同樣，如果所用的是收發(fā)器，當它獨立用作發(fā)射器或接收器時，也可以探測到距離短至 1?2Cm 的障礙物。
2、模式
- 觸發(fā)輸入模式 (M-type)
- 脈沖串輸入模式(L-type) 3. M-type 與 L-type 間的差別。
由于用超聲波測量距離并不是一個點測量。超聲波傳感器具有一定的擴散特性，發(fā)射的超聲能量主要集中在主波瓣上，沿著主波軸兩側呈波浪型衰減，（常規(guī)）左右約60°的擴散角（可選）。事實上，距離計算是基于超聲波成功、垂直的反射名義下進行的。但對于移動機器人很難保證其自身運動姿態(tài)的穩(wěn)定性，采用超聲波傳感器固定在移動機器人車身的探測方式，當移動機器人偏離平行墻面時，探測系統(tǒng)往往很難得到實際的距離。另外，超聲波這種發(fā)散特性在應用于測量障礙物的時候，只能提供目標障礙物的距離信息，而不能提供目標的方向和邊界信息。因此需要用多個超聲傳感器以及其他傳感器共同工作。
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