基于超声波传感器的移动机器人避障系统研究

　　0引言

　　机器人学是一门集机械、电子、计算机、控制、传感器、信号处理等多学科门类为一体的综合性尖端学科，集成了多学科的发展成果。移动机器人是机器人学的一个重要分支，在利用移动机器人进行探测、侦察和导航时，随之而来的是移动机器人如何避障的问题，其研究目的是使移动机器人能自主避让未知环境中的障碍物[1-2]。

　　移动机器人避障问题已经成为目前机器人领域的研究热点之一。使用4路超声波传感器来获取机器人周围障碍物的信息，在采集环境信息的同时进行避障处理。利用4路超声波传感器获取各个方向上的障碍物信息作为输入量，输入模糊控制器中，模糊控制器输出控制指令，指导机器人进行避障。应用Matlab软件对模糊控制器进行了仿真，结果验证了该避障系统方法的正确性。

　　1避障系统的总体设计

　　1.1系统总体框图

　　机器人避障控制系统如图1所示。当机器人遇到障碍物时，超声测距系统将获得的距离信息送入AT89C51单片机，单片机通过中断的方式向主机发送数据，主机与单片机通过RS232串行口相连。主机将接收到的信息经过处理后输入到模糊控制器，然后模糊控制器向驱动模块输出速度和转角信号，控制机器人避障。

　　1.2超声测距系统

　　超声测距是一种非接触式的检测技术，其具有不受光线、烟雾、电磁干扰等影响的优点[3]。与红外传感器相比，超声传感器作用距离更大，可靠性更高;与视觉传感器相比，超声波传感器具有操作简单、处理速度快、不受光线条件限制等优点;与激光传感器相比，超声波传感器的成本十分低廉，使用和数据处理都很方便[4]。本文选择使用超声传感器进行环境探测，选用的是压电式收发分体TCT40-12系列超声传感器。

　　采用4路超声传感器分别布置在左、前、右3个方向上，这种布置有利于机器人做出正确的避障处理，而且在前方的关键位置安有2个超声传感器，有利于减少测距误差。在探测过程中，为了避免4路超声波之间的相互干扰，采用依次循环发射的方法。超声传感器具体布置如图2所示。

　　超声波测距的原理[5]是记录从发射超声波到接收到它的回波的时间差。左方测距电路的输入端接单片机P1.0端口，测量开始时，在P1.0端口输出一个40 kHz的脉冲信号的同时单片机开始计时，由超声换能器转化为一定强度的超声波，声波遇到障碍物时发生反射。当超声换能器接收到反射波后，变成电信号脉冲，该信号经放大、滤波、整流、比较后，发单片机外部中断，单片机停止计时，计算出收发时间间隔，即得出超声波在空气中的传播时间t。其他3路测距电路输入端分别接P1.1、P1.2和P1.3口，原理与左方测距控制电路相同。