移動機器人感應系統

移動機器人感應系統

移動機器人感應系統,是指可移動的機器人上由感測器、主控器、執行器以及其他配件組成的感應系統。一般的機器人,尤其是移動機器人,都會有相應複雜度的感應系統。

基本概念

在工業領域,更多的機器人是機械手型的機器人,依靠轉軸和夾持裝置工作,這類機器人通常是不可移動的;而在其他領域,如軍事、商業、社會工作等領域,移動機器人的套用更加廣泛。無論是哪一種機器人,由其定義可知,必定需要感應系統以獲得感知能力。在移動機器人中,其感知能力和移動能力是直接關聯的。

移動機器人

移動機器人,是指具有主動移動能力的可以主動執行工作的人造仿人機器   。

感應系統

感應系統是接收外界物理、化學、生物等信號或刺激並給出相應的輸出或反應的系統。可以認為是“感”和“應”的結合。

移動機器人感應系統

移動機器人感應系統,是指可移動的機器人上由感測器、主控器、執行器以及其他配件組成的感應系統。

移動機器人是一個集環境感知,動態決策與規劃, 行為控制與執行等多功能於一體的綜合系統   ,而感知通常是決策的前提和條件,所以感應系統是機器人,包括移動機器人中十分重要的系統。

移動機器人

移動機器人的分類

根據不同的分類依據,有不同的分類方式。

1.按工作空間:陸地機器人、水上機器人、水下機器人、空中機器人、太空機器人等;

2.按移動方式:輪式機器人、履帶機器人、旋翼機器人、蛇形機器人、足式機器人等;

3.按工作性質:軍用機器人、娛樂機器人、工業機器人、醫療機器人、社工機器人等;

4.按自主能力:全自主機器人、半自主機器人等。

移動機器人的體系結構

移動機器人需要對環境進行感知並產生反應,比如移動,通常的體系結構分為三種   :

串級結構。該結構下,機器人對環境進行感知,對感知的信息進行處理分析後做出規劃,最後根據規劃的結果執行相應的動作,是一種“感知→規劃→執行”的順序串級結構;

反應結構。反應結構是指機器人根據感知信息實時做出反應,直接執行相應的動作,是為了快速反應而建立的體系結構;

學習結構。學習結構是融合了學習能力的結構體系,在反應結構的基礎上,對感應的結果進行評價,根據評價判斷動作的有效性,作為下次動作的指導。

1.

串級結構。該結構下,機器人對環境進行感知,對感知的信息進行處理分析後做出規劃,最後根據規劃的結果執行相應的動作,是一種“感知→規劃→執行”的順序串級結構;

2.

反應結構。反應結構是指機器人根據感知信息實時做出反應,直接執行相應的動作,是為了快速反應而建立的體系結構;

3.

學習結構。學習結構是融合了學習能力的結構體系,在反應結構的基礎上,對感應的結果進行評價,根據評價判斷動作的有效性,作為下次動作的指導。

感應系統

感應系統的組成

最基礎的感應系統由三部分組成:感測器、控制器和執行器。

感測器用來完成感知,即對外界環境或刺激進行收集,包括對物理、化學、生物等信號的感知;隨著感測器技術的發展,各式各樣的感測器不斷更新和發展,感測器可採集的信號種類和精度都大大提高。另外,有些移動機器人上會加裝反饋感測器,用來從內部測量機器人的姿態/速度/加速度等。

控制器是處理器和一些外設組成的控制電路,用來對感測器採集到的信號進行分析處理,並針對處理的結果輸出命令用來控制機器人執行部件的執行。

執行器就是接受控制器命令,具體執行動作的部件,常見的執行器有揚聲器、燈泡、顯示屏、電機、舵機等。

感測器的類別

常見的感測器類別有   :

按工作機理分,有結構型感測器、物性型感測器、複合型感測器等;

按供電方式分,有無源感測器和有源感測器;

按工作原理分,有電參量型、磁電式、光電式、熱電式等;

按使用用途分,有溫度感測器、氣體感測器、光敏感測器、力敏感測器、紅外感測器等。

1.

按工作機理分,有結構型感測器、物性型感測器、複合型感測器等;

2.

按供電方式分,有無源感測器和有源感測器;

3.

按工作原理分,有電參量型、磁電式、光電式、熱電式等;

4.

按使用用途分,有溫度感測器、氣體感測器、光敏感測器、力敏感測器、紅外感測器等。

典型套用

移動機器人感應系統比較典型的作用是測量距離、速度、溫度、亮度等。

如對最常見的輪式壁障機器人,採取超音波或紅外感測器用來感知障礙物的存在以及距離,控制器對感測器得到的信息進行處理,當和障礙物的距離進入一定範圍內後,控制器輸出停止或轉向命令,對應的執行器電機或舵機接收到命令停止工作或進行轉向。

又比如火災檢測機器人在一定的區域內巡邏,附帶的溫度感測器會檢測周圍一定範圍內的溫度,並由控制器向驅動裝置發出命令使得機器人向溫度高的區域前進,對可能存在的火災隱患進行排查。

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