文档介绍：硕士学位论文无串扰超声测距系统硬件电路设计与建模猚学科专业:控制理论与控制工程研究生:林圃指导教师:孟庆浩教授天津大学电气与自动化工程学院二零零八年八月国家自然科学基金资助项目手牛
摘要关键词:移动机器人超声换能器串扰建模近年来,超声测距传感器被广泛用于移动机器人避障系统。与激光、红外线、无线电波和图像等避障传感器相比,超声传感器具有成本低、受环境影响小等优点。但是,超声传感器在移动机器人上的应用也遇到了困难,比较突出的问题是当多个超声换能器同时工作时存在的超声串扰现象。超声串扰严重地影响了机器人的测距精度,也阻碍了超声传感器在机器人上的应用。为解决超声串扰问题,一些学者提出了不同的解决方法,其中比较好的思路是基于硬件电路的相关匹配法。然而,实现这一思路的硬件电路尚不理想。本文在对传统超声测距系统深入分析及反复实验的基础上设计了集发射与接收于一体的硬件电路,并对超声发射与接收电路各组成部分和主要器件的功能做了详细解释。此电路具有测量距离远、盲区短,测量信号失真小、精度高,动态范围大、接收信号稳定,成本低、适合推广等特点。采用自回归滑动平均模型及问兰品椒ń⒘舜顺饩嗟缏返氖淙胍皇涑龃ǖ莺⑼过实验验证了传递函数的准确性。此模型的建立可便于无串扰超声测距系统对脉冲编码和调制方式的选择,省去了繁琐的硬件验证,可满足理论研究和仿真的需要。
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导师签名:曼拟眵签字胁哪乎年夕月,导师签名:壹狱眵学位论文作者签名:杯圃学位论文作者签名:林圃年夕月佃日独创性声明学位论文版权使用授权书或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证本学位论文作者完全了解墨注盘茎有关保留、使用学位论文的规定。特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检签字日期:劲移年夕月/口同签字日期:乙渺了索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得
研究意义及背景第一章绪论在,相邻传感器之间常常发生干扰,即为超声串扰。超声串扰【渴侵冈诙喔龀机器人已经被越来越广泛地应用于工业、农业、国防、科学实验、服务业等社会的各行各业中。移动机器人是一种在复杂环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人,正在成为机器人技术研究的新热点和重点【縪移动机器人智能化的一个最基本,也是最重要的表现是能够自主行走、自动躲避障碍物。理论上,移动机器人的行为可以根据其所处的环境预先进行规划,由一系列运动加以描述,最终能够实现自动行走和自动避障。但是在实际环境中存在运动的人或物,甚至环境只是局部已知,移动机器人的行为不能完全依照预定的规划去实现目标,因此移动机器人需要探测周围环境的感知系统,利用各种传感器采集环境信息,实时调整行为,实现机器人的自主导航。超声波测距传感器【弧超声换能器鄹竦土⒂布菀资迪帧⒉饩嘧既罚故被广泛用作移动机器人的测距传感器。超声波测距是一种非接触的检测方式,它不受光线、被测对象颜色等因素的影响,具有一定的适应恶劣环境的能力。与激光传感器相比,超声测距传感器更容易获得近距离的空间信息,并且在价格上有很大优势。因此,超声测距传感器已成为移动机器人感知环境信息必不可少的一种传感器,它与阆窕⒑焱狻⒓す獾却ǜ衅鞴餐槌梢贫魅说母知系统。在加上驱动信号激励后,超声换能器发出超声波,接着超声换能器转入接收状态,等待回波的到来。超声波碰到障碍物后反射回来,被超声换能器接收。通过测量超声波的来回行程时间并根据超声波在相应介质中的传输速率,可以计算出超声换能器与障碍物之间的距离。由于超声换能器的波束角有限,为了获取更多的周围环境信息,采用多个超声传感器组成传感器阵列潜冉掀毡榈姆椒ā5牵捎诙喔龀ǜ衅鞯拇测距传感器同时工作时,其中的一个超声换能器接收到的信号是其它换能器发射的超声或超声碰到障碍物后的回波,并非自己发射超声的回波,由此导致换能器与障碍物之间的测量结果发生错误,从而会使移动机器人下一步的动作发生错误,极有可能撞上障碍物,产生严重的后果。因此,多个超声测距传感器同时工作时产生的超声串扰问题是一个亟待解决的问题。
文献综述境中。对于内部串扰源,⑹剿枷氲娜泶矸超声串扰几乎发生在所有的多超声传感器系统中,尤其是存在光滑表面的环明显改变,错误测量就会重复发生。常用的消除超声串扰的方法分为基于启发式思想的软处理方法和基于硬件的编码方法两