datasheet

家庭服务机器人红外避障传感器安装位置分析

2017-01-16来源: 机器人零号 关键字:机器人  红外避障  传感器

服务机器人在家庭住宅、酒店客房、办公空间、会所等室内空间使用时,都要用到避障传感器,通常采用红外、超声波、激光雷达、双目视觉四种传感器中的一种或多种进行避障操作,本文将主要分析红外避障传感器的安装位置。  

      红外避障传感器基本原理:利用物体的反射性质。在一定范围内,如果没有障碍物,发射出去的红外线,因为传播距离越远而逐渐减弱,最后消失。如果有障碍物,红外线遇到障碍物,被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号,就可以确认正前方有障碍物,并送给单片机,单片机进行一系列的处理分析,协调服务机器人的两轮工作,完成躲避障碍物动作。

      红外避障传感器是专为轮式机器人设计的一款距离可调式避障传感器。其具有一对红外线发射与接收管,发射管发射出一定频率的红外线,当检测方向遇到障碍物(反射面)时,红外线反射回来被接收管接收,此时指示灯亮起,经过电路处理后,信号输出接口输出数字信号,可通过电位器旋钮调节检测距离,有效距离2~40cm,工作电压为3.3V-5V,由于工作电压范围宽泛,在电源电压波动比较大的情况下仍能稳定工作,适合多种单片机、Arduino控制器、树莓派使用,安装到机器人上即可感测周围环境的变化。

 

一种典型的红外壁障传感器

      红外避障传感器工作原理:红色线接5V,黄色接信号,绿色GND 接电源负极或单片机上的逻辑地。前方无障碍输出高电平,有障碍输出口(黄色)电平会从高电平变成低电平(0)。背面图有一个电位器可以调节障碍的检测距离。在电路设计中可以再输出端黄线加上拉电阻10K到5V,再接入单片机检测,会比较稳定,单片机检测可以采用外部硬件中断INT0 INT1等来实现。

      当前在服务机器人本体上安装的红外避障传感器通过按照高中低三组进行安装,如最常见的安装高度为低位80mm,中位480mm,高位780mm。这一安装高度的设定并没有充分的标准和依据,在实际应用中出现了许多情况红外避障传感器因为安装太高、太低或密度不够导致无法探知到附近障碍物,从而影响服务机器人的行动并对可能会环境和人造成破坏,这都是红外避障传感器安装方法不恰当造成的,急需根据环境特色尤其障碍物特点研究更合适的红外避障传感器的部署方案。

广州零号软件科技有限公司(机器人零号)在健康养老服务机器人的研发过程中,进行了大量的实景测量和场景模拟,基本总结出住宅等室内空间内服务机器人所需的红外传感器安装高度,这些经验也用在哈士奇健康服务机器人本体上。

      我们在研发中,依据家具设计相关的国家标准和规范,整理和总结常见的家具的高度,尤其分析家具凸出物如桌边、椅面和靠背、茶几边、沙发扶手和靠背、床边,因为这些在垂直面上超出底部和凸出部位是最容易给服务机器人移动带来障碍的。以下是有关家具的高度的尺寸说明:

1、桌类家具高度尺寸标准可以有700mm、720mm、740mm、760mm四个规格;

2、 椅凳类家具的座面高度可以有400mm、420mm、440mm三个规格。

3、 床沿一般来说床沿高度以45厘米为宜;褥面距地面高度来测算,标准是46~50厘米;

4、 沙发的一般座高:350-420mm;扶手高560-600mm;单人式背高:700-900mm。

5、茶几:高度为350-500mm。

在室内的其它家具,包括柜子、箱子、书架等都在垂直面上基本保持一致没有明显的凸出部位,所以服务机器人红外传感器在任何高度测量到的距离都是一致的,只要任何高度的一个红外传感器获得数据就可以代表感知到这一障碍物,所以,这类具有平整立面的家具不用考虑红外避障传感器的新的安装方法。

      家电,尤其是可能出现在服务机器人移动路径附件的一些家电,如冰箱、洗衣机、饮水机等,也具有平整的立面,所以也不用考虑虑红外避障传感器的新的安装方法。

      由于家具的桌面板材厚度有16mm、18mm、25mm等三个主要尺寸,茶几的钢化玻璃的厚度为10mm以上,通常12mm。因此,我是从家具表面(家具高度最高点)向下10mm范围是可以触碰到家具的凸出面的,这也就可以成为服务机器人红外避障传感器安装高度的重要依据。

根据家具的特征,我们整理出对于服务机器人行动比较敏感的一些高度:

家具/凸出面高度

低位

中位

高位

桌子

80mm


700mm

720mm

740mm

760mm

椅子

80mm

400mm

420mm

440mm


80mm

450mm

500mm


沙发

80mm

350mm

400mm

420mm


茶几

80mm

350mm

400mm

440mm

500mm


凸出面高度汇总

80mm

350mm、400mm、420mm、440mm、500mm

700mm、720mm、740mm

760mm

沿凸出面最高点往下10mm可探测到的高度

80mm

340mm、390mm、410mm、430mm、490mm

690mm、710mm、730mm、75mm

因此,从上表可获得服务机器人安装红外避障碍服务机器人的低位、中位、高位。有了安装的高度,还需要进一步设计红外避障碍传感器的布局。

为了获得最佳的避障效果,我们一共采用24个红外避障传感器,其中正面安装12个,两个侧面每个侧面安装3个共计6个,后面安装6个。

      低位的红外避障传感器在80mm高度分布安装,其中正面部署2个,两个侧面每个侧面1个,背面2个。

      中位的红外避障传感器在五个不同高度分布安装,分别是340mm、390mm、420mm、430mm、490mm。其中正面要求有五个红外避障传感器在五个高度全部部署安装,侧面安装一个红外避障传感器,高度为420mm;背面安装三个红外避障传感器,高度分别为340mm、390mm、420mm。

    高位的红外避障传感器在四个不同高度分布安装,分别是690mm、720mm、730mm、750mm。其中正面要求有四个红外避障传感器在四个高度全部部署安装,侧面安装一个红外避障传感器,高度为720mm;背面安装两个红外避障传感器,高度分别为690mm、730mm。

      在本案例中,红外避障传感器采用NPN型光电开关;输出状态是0、1,即数字电路中的高电平和低电平,检测到目标是低电平输出,正常状态是高电平输出,输出外加一个1K左右的上拉电阻即可连接到单片机IO口上。由于设计了24个红外避障传感器,因此,对应需要单片机IO数量为24个。

      这种安装位置与安装方法,相对于现有的红外避障感器的安装方法进行了重要改进:针对家具凸出物高度进行的安装位置优化,采用了低中高三个安装区域共24组红外避障传感器,分布安装在服务机器人的前面、两侧和后面。让红外避障传感器总能扫描到家具凸出面,从而让服务机器人能够进行有效避让各类家具,适用于家庭服务机器人、商用服务机器人、送餐机器人等各类服务机器人。


关键字:机器人  红外避障  传感器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/article_2017011610119.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:传感器技术遭垄断 核心技术升级迫在眉睫
下一篇:美军研发头盔传感器 可记录士兵遭遇的爆炸强度

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

医疗机器人从实验室走向临床 在不远的将来这些将成为现实

仿生技术改善脑卒中病人的生活质量,微纳米技术克某类肿瘤,医疗机器人从实验室走向临床,在不远的将来这些将成为现实。在上海交大医疗机器人研究院20日举行的2018年国际学术论坛上,校方宣布上海交大正联手各附属医院及国内外协作院所,针对肿瘤、心血管、脑卒中等重大疾病微创精准医疗,发展个性化、智能化手术及康复机器人。据介绍,上海交大电子信息与电气工程学院颜国正教授在研发一种用于胃肠道疾病精准无创诊查的新型医疗设备。通过体外操控“微型仿生机器人”在胃肠道内的运动、驻留及对胃肠道的径向扩张,实时无创检测目标区域的压力、温度、pH值和图像,进而实现胃肠道疾病的智能诊断。颜国正表示,该系统可以应用于功能性胃肠病检查,消化道溃疡、出血检查,消化道
发表于 2018-12-25
医疗机器人从实验室走向临床 在不远的将来这些将成为现实

这个装在口袋里的机器人 要做洁癖党救命神器

担心酒店床单不干净?皮肤容易过敏?一家初创企业开发了CleanseBot。这是个一机多能的小玩意,不只用来帮洁癖患者清洁床单。  CleanseBot看上去像是迷你版“扫地机器人”,直径13厘米,4.5厘米厚,去掉盖子则只有3厘米厚,而重量仅220克。  三种运行模式分别为:自动清扫、手持清洁和充电宝。凭借内置3700毫安时电池,可使用它的Type-C接口来给手机充电。官方称充满电要4小时,可使用3小时。  它的自动清扫模式几乎与扫地机器人相同,只不过地板换成了床单,使用时把它塞进被窝就行了。将带有把手的上盖扣上,就变成了手持模式,可用来手动清洁一些个人物品,像是手机表面、枕头、背包、衣服之类。  需要注意的是,这款设备并不是
发表于 2018-12-21
这个装在口袋里的机器人 要做洁癖党救命神器

如何快速了解TI-RSLK机器人系统学习套件

2018年2月,TI正式推出了TI-RLSK(Robotics Systems Learning Kit机器人系统学习套件),并配套推出了一系列教学课程。不久前,TI在其中国大学教育者年会上又正式推出了TI-RSLK中国版。TI-RSLK中国版和TI-RSLK采用了兼容的设计,二者拥有相同的硬件模块设置,不过TI-RSLK中国版对部分硬件电路进行了优化,主要包括:采用铝合金底盘及性能更好的轮胎采用性能更好的N20直流减速电机重新设计了电机驱动板和电源板的PCB以与底盘匹配由于是专为中国定制,所以同样享受中国市场的特殊福利,售价比国际版要低四分之一。TI-RSLK中国版配置同时,TI-RSLK 中国版包含有20个章节的完整中文课程
发表于 2018-12-19
如何快速了解TI-RSLK机器人系统学习套件

人工智能与机器人在哪些领域成了新秀?

前段时间,中国电子学会发布了《机器人十大新兴应用领域(2018-2019年)》的研究成果。报告显示,近年来机器人科技与产业发展态势蒸蒸日上,值得关注的是,复杂环境与特殊对象的专业清洁领域荣登排行榜。随着社会的发展,专业清洁市场需求越来越多,然而这些场景由人工工作起来不仅繁重危险,而且还要耗费大量人力及时间成本。在城市建筑方面,机器人能够攀附在摩天大楼上完成墙体表面的清洁任务,有效避免清洁工高楼作业的安全隐患;在高端装备领域,机器人能够为高铁、船舶、大型客机的表面保养除锈,降低了人工维护成本和难度;在地下管道、水下线缆、核电站等特殊场景中,机器人能够进入到人类不适于长时间停留的环境中完成清洁任务。随着三维空间建模、视觉识别、导航定位
发表于 2018-12-18
人工智能与机器人在哪些领域成了新秀?

复盘2018机器人市场,中国机器人的出路在哪?

国产机器人的软肋日趋凸显,经过两年多的迅猛发展,机器人行业的无序发展,造成的同质化严重,各家出货量受阻,核心技术与国外还有较大差距,从中投入的资金不计其数,这对于2018年机器人市场来说是踩了急刹车的时刻,那么机器人的出路在哪里呢?从最近发布的机器人发展报告可以看出,机器人的增幅大幅下降,这给机器人行业泼了冷水,是否意味着机器人市场增长见顶了呢?反观自家企业的机器人产品,是否真正拥有一些核心技术,这里要大一个问号,追赶了两年多的机器人技术,与国外相比还是差距很大,其中原因有很大,没有认真分析市场需求,没有客观衡量自身企业技术、资金实力等,只是通过碎片化的新闻看到机器人市场巨大,“机器换人”需求旺盛,再加上盲目从众的心理,就一股脑
发表于 2018-12-18

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 视频监控 智能卡 防盗报警 智能管理 处理器 传感器 其他技术 综合资讯 安防论坛

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
pt type="text/javascript" src="//v3.jiathis.com/code/jia.js?uid=2113614" charset="utf-8">