基于紅外傳感器的機(jī)器人敏感皮膚系統(tǒng)的研究.pdf

1、智能化是機(jī)器人科學(xué)研究的主要發(fā)展方向之一，機(jī)器人的智能主要表現(xiàn)在未知環(huán)境中自主工作的能力，這是在空間和海洋探索、軍事作戰(zhàn)、危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)，甚至在未來服務(wù)業(yè)中工作的機(jī)器人都必須解決的理論與技術(shù)。在未知環(huán)境中，實(shí)時(shí)避障是實(shí)現(xiàn)智能化機(jī)器人自主工作能力的關(guān)鍵技術(shù)，機(jī)器人要在未知環(huán)境中自主工作必須具有環(huán)境感知和實(shí)時(shí)決策能力：一方面是準(zhǔn)確采集外界環(huán)境信息，另一方面是快速進(jìn)行信號(hào)處理。機(jī)器人敏感皮膚的研究正是在這一需求上發(fā)展起來的，它可以極大地改善機(jī)器

2、人環(huán)境感知能力，提高系統(tǒng)自主工作能力。 本文在對(duì)國(guó)外先進(jìn)國(guó)家研究狀況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，深入研究了機(jī)器人敏感皮膚相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)，成功地研制出適應(yīng)于多關(guān)節(jié)機(jī)器人實(shí)時(shí)避障新型機(jī)器人敏感皮膚。該機(jī)器人敏感皮膚是由模塊化、靈活的、帶有強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力的微型紅外傳感器陣列構(gòu)成，覆蓋在機(jī)器人表面，依賴于皮膚上的紅外傳感器陣列來感知外部環(huán)境。采用幾何光學(xué)模型法來測(cè)量敏感皮膚與障礙物間的距離。試驗(yàn)證明，敏感皮膚能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地給出感知區(qū)內(nèi)障礙物存

3、在和距離信息。 首先，提出基于紅外傳感器的機(jī)器人敏感皮膚的設(shè)計(jì)方案，快速準(zhǔn)確地采集大量傳感器數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用DSP作為主處理芯片，外圍電路由CPLD來實(shí)現(xiàn)，多路高速數(shù)據(jù)采集使用并行方式進(jìn)行處理。 其次，構(gòu)建機(jī)器人敏感皮膚信號(hào)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使用快速傅利葉變換(FFT)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。為了能達(dá)到工程上要求的精度，采用漢寧(Hanning)窗法對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 再次，針對(duì)敏感皮膚結(jié)構(gòu)及其實(shí)時(shí)為智能機(jī)器人提

4、供周圍環(huán)境信息的特點(diǎn)，提出了一種基于容錯(cuò)技術(shù)的多傳感器在線自適應(yīng)加權(quán)融合算法。該算法首先對(duì)敏感皮膚模塊測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲得具有容錯(cuò)特性的虛擬傳感器數(shù)據(jù)值，其次依據(jù)各虛擬傳感器方差的變化，及時(shí)以自適應(yīng)方式調(diào)整參與融合的各虛擬傳感器的最優(yōu)權(quán)系數(shù)，使融合系統(tǒng)的均方誤差始終最小。 最后，分析了系統(tǒng)中存在的主要電磁干擾源、電磁干擾的傳播途徑，并詳細(xì)說明提高該系統(tǒng)電磁兼容性的設(shè)計(jì)思想和具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 敏感皮膚的研制，是機(jī)器人在傳