1、導入
超音波測距音源から発せられる超音波を利用した非接触検知技術で、障害物を検知すると超音波が音源に反射し、その速度の伝播速度から障害物までの距離を算出します。空気中の音。超音波の指向性が良いため、測定対象物の光や色の影響を受けず、ロボットの障害物回避などに広く使用されています。センサーはロボットの歩行ルート上の静的または動的障害物を感知し、障害物の距離と方向情報をリアルタイムで報告します。ロボットはその情報に応じて次の動作を正確に行うことができます。
ロボット応用技術の急速な発展に伴い、さまざまな応用分野のロボットが市場に登場し、センサーに対する新たな要件も提起されています。さまざまな分野でのロボットの応用にどのように適応するかは、すべてのセンサーエンジニアが考え、探求すべき問題です。
この論文では、ロボットへの超音波センサーの応用を通じて、障害物回避センサーの使用をより深く理解します。
2、センサーの紹介
A21、A22、R01は自動ロボット制御アプリケーションに基づいて設計されたセンサで、死角が小さい、測定適応性が高い、応答時間が短い、フィルターフィルタリング干渉、設置適応性が高い、防塵・防水、長寿命、高信頼性といった一連の利点を備えています。 、等。さまざまなロボットに応じて、さまざまなパラメータを持つセンサーを適応させることができます。
A21、A22、R01の製品写真
機能概要：
•幅広い電圧供給、動作電圧3.3～24V；
•ブラインドエリアは最小2.5cmまで可能です。
•最も遠い範囲を設定でき、指示に従って50cmから500cmまでの合計5段階の範囲を設定できます。
•UART自動/制御、PWM制御、スイッチボリュームTTLレベル(3.3V)、RS485、IICなど、さまざまな出力モードが利用可能です。(UART 制御および PWM 制御の消費電力は、超低スリープ消費電力≤5uA をサポートできます)；
•デフォルトのボーレートは 115,200 で、変更をサポートします。
• MSレベルの応答時間、データ出力時間は最速13ms；
•シングルアングルとダブルアングルを選択でき、さまざまなアプリケーションシナリオに合わせて合計4つの角度レベルがサポートされています。
•5段階のノイズリダクションレベル設定をサポートできる内蔵ノイズリダクション機能；
インテリジェント音波処理技術、干渉音波をフィルタリングするインテリジェントアルゴリズムを内蔵し、干渉音波を識別して自動的にフィルタリングを実行できます。
•防水構造設計、防水等級IP67；
•強力な設置適応性、設置方法はシンプル、安定性、信頼性が高く、
•リモートファームウェアアップグレードをサポート；
3、製品パラメータ
(1)基本パラメータ
(2)検知範囲
超音波障害物回避センサーには2つの角度バージョンがあり、製品を垂直に設置すると、水平方向の左右方向の検出角度が大きくなり、障害物回避のカバー範囲を拡大でき、同時に垂直方向の検出角度が小さくなります。走行中の路面の凹凸による誤作動を防ぎます。
測定範囲の図
4、超音波障害物回避センサー技術体系
(1)ハードウェア構成図
(2)ワークフロー
a、センサーは電気回路から電力を供給されます。
b、プロセッサは各回路が正常に動作することを確認するために自己検査を開始します。
c、プロセッサは自己チェックして環境内に同じ周波数の超音波干渉信号があるかどうかを識別し、時間内に外来音波をフィルタリングして処理します。ユーザに正しい距離値を与えられない場合には、エラーを防ぐために異常予兆データを与えてから、処理kにジャンプする。
d、プロセッサはブースト励起パルス回路に指示を送り、角度と範囲に応じて励起強度を制御します。
e、超音波プローブTは動作後に音響信号を送信します
f、超音波プローブ R は作業後に音響信号を受信します
g、微弱な音響信号は信号増幅回路によって増幅され、プロセッサに戻されます。
h、増幅された信号は整形後にプロセッサに戻され、内蔵のインテリジェントなアルゴリズムが干渉音波技術をフィルタリングして、真のターゲットを効果的に排除します。
i、温度検出回路、外部環境温度を検出してプロセッサにフィードバック
j、プロセッサはエコーの戻り時間を特定し、外部周囲環境と組み合わせた温度を補正し、距離値 (S = V *t/2) を計算します。
k、プロセッサは計算したデータ信号を接続回線を通じてクライアントに送信し、aに戻ります。
(3)干渉過程
ロボット工学の分野における超音波は、電源ノイズ、ドロップ、サージ、過渡現象などのさまざまな干渉源に直面します。ロボットの内部制御回路やモーターの放射線干渉も含まれます。超音波は空気を媒体として機能します。ロボットに複数の超音波センサーが取り付けられ、複数のロボットが同時に隣接して作業する場合、同じ時空間に多くの非ネイティブ超音波信号が存在し、ロボット間の相互干渉が非常に深刻になります。
これらの干渉問題を考慮して、センサーには非常に柔軟な適応技術が組み込まれており、5 レベルのノイズ低減レベル設定をサポートでき、同じ周波数の干渉フィルターを設定でき、エコー フィルター アルゴリズムを使用して範囲と角度を設定できます。強力な抗干渉能力。
DYP ラボでは次のテスト方法を実施しました。4 つの超音波障害物回避センサーを使用して測定をヘッジし、複数のマシンの作業環境をシミュレートしてデータを記録し、データ精度率は 98% 以上に達しました。
耐干渉技術テストの図
(4) ビーム角度調整可能
ソフトウェア構成センサーのビーム角度には 40、45、55、65 の 4 つのレベルがあり、さまざまなシナリオのアプリケーション要件を満たすことができます。
5、超音波障害物回避センサー技術体系
ロボットの障害物回避アプリケーションの分野では、センサーはロボットの目です。ロボットが柔軟かつ迅速に移動できるかどうかは、センサーから返される測定情報に大きく依存します。同じタイプの超音波障害物回避センサーで、低コストかつ低速で信頼性の高い障害物回避製品です。製品はロボットの周囲に設置され、ロボット制御センターと通信し、動作方向に応じて距離検出のための異なる測距センサーを開始します。ロボットの高速応答とオンデマンド検出要件を実現します。一方、超音波センサーは大きな FOV 視野角を備えており、機械がその正面の必要な検出領域をカバーするためのより多くの測定スペースを確保できるようになります。
6、ロボットの障害物回避スキームにおける超音波センサーの応用のハイライト
• 超音波障害物回避レーダーの FOV は深度カメラと同様で、コストは深度カメラの約 20% です。
• フルレンジのミリメートルレベルの高精度解像度、深度カメラよりも優れています。
• テスト結果は外部環境の色や光強度の影響を受けず、ガラス、透明プラスチックなどの透明材料の障害物を安定して検出できます。
• 粉塵、スラッジ、霧、酸およびアルカリ環境の干渉がなく、高い信頼性、安心、低メンテナンス率。
• ロボットの外部および組み込み設計に適合する小型サイズで、サービスロボットのさまざまなシナリオに適用でき、顧客の多様なニーズを満たし、コストを削減します。
投稿日時: 2022 年 8 月 16 日