| 标题 | 移动机器人安全防撞技术探讨 |
| 范文 | 侯霄 摘 要：安全防撞是移动机器人的重要功能之一，按探测形式可分为非接触式和接触式两种，每种形式根据原理又可区分成不同的传感器及机构，各种方案具有不同特点，移动机器人只有设计合理的避障方案才能更好的适应工作环境，以达到安全可靠的运行。本文就多种安全防撞技术的原理及应用做了总结，探讨了其优劣势及应用环境。 关键词：移动机器人；安全；避障 当代机器人技术的快速发展和应用推动了人类社会的进步，有效替代了大量的人工劳动，使生产能力和效率得到很大的提高。移动机器人是机器人领域很重要的一部分，主要从事自动导航和搬运等工作，由于其在地面上有很大的工作空间范围和扩展能力，安全就成为了一项关键的课题和技术。本文总结了目前主流的安全防撞方案，对关键技术做了一定深度的研究和探讨，对比了其优势和不足，对移动机器人的设计及应用有很大的指导意义。 1 非接触式防撞技术 非接触式防撞是移动机器人通过非接触式的传感器探测障碍物与本体的距离，根据距离调节速度和停止保护，达到防撞的目的。这种方式由于可以提前感知，是最安全和平稳的防撞方式，也是目前主流的应用和发展方向。 1.1 超声波避障 传感器发出特定频段的超声波，超声波遇到障碍物后会反射，传感器通过接收回波计算声波的传输时间从而得到障碍物的距离。这种技术应用的较早也相对成熟，是主流避障方式之一。超声波传感器具有体积小，成本低，受环境影响较小的优势，并且探测精度较高，可达到毫米级别。但受声波的传播速度和衰减影响，探测距离有限，响应也较慢，一般需要几十毫秒，不适合高速移动的机器人系统。另外超声波的有效探测区域是个圆锥形区域，盲区较大，一般需要采用多个传感器组合，这种方式又会增加传感器之间的干扰。故传感器的安装位置，过滤和扫描算法成为工程师设计时重要的研究方向，会直接影响这种避障方式的应用效果。 1.2 红外避障 传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，通过发射一定频率的红外信号，遇到障碍物反射后被接收管接收，经过数字处理定性反馈障碍物的状态，一般通过手动电位器调节输出信号强度来调节探测距离。由于其简单有效成本低，大量应用在对防撞要求不高的环境中。红外避障传感器依靠接收到一定强度的红外信号才会触发避障输出，在实际应用中障碍物的颜色对红外线的吸收程度会有较大差异，外部光源也会对红外信号产生干扰，还有反射面的粗糙度和平整度也会影响红外信号的反射强度。这些问题使红外避障的探测精度误差很大，还有红外避障的输出方式一般为定性输出，不利于移动机器人的提前减速处理，加上盲区问题使这种避障方式只适合简单应用。 1.3 激光避障 激光避障传感器是通过探头发出激光脉冲，计算脉冲达到被测物体后返回的时间，通过时间差计算距离。再结合一个高速的旋转机构，使一维的测量变成二维的扫描，多线激光可完成三维的扫描，能高精度的识别障碍物的形状，无盲区探测到环境更多的信息。这种技术的先进性使它更适合导航的应用，兼顾避障功能，成为近年来最火热的技术，前景广阔。激光避障方式在探测距离、探测精度、反馈速度、抗干扰能力和盲区问题都要明显优于其它避障方式。但传感器体积较大，需要考虑安装位置，并且价格昂贵，更适合高端移动机器人的应用。很多激光传感器公司也推出了专用的激光避障传感器，分区定性输出，减小体积，降低成本，使这种避障方式越来越普及。 1.4 视觉避障 视觉避障采用的是计算机深度视觉技术，也叫双目视觉，是通过多个摄像头拍摄一维照片，利用一些列复杂的算法，计算融合得到一个三维景深信息，从而识别障碍物的距离。这是一种较前沿的技术，核心算法掌握在少数公司手里，技术难度较高，受环境干扰较大，市场应用并不成熟，但也是未来一个很重要的发展方向。 2 接触式防撞技术 接触式防撞是通过接触式的传感器感知障碍物，这种方式是没有预见性的，直到接触到障碍物才会触发保护机制，不如非接触式防撞安全，但是不可或缺，这是保护的最后一道防线，不会被环境等因素干扰，当非接触式传感器失灵，他会保证移动机器人不会产生更严重的破坏。 2.1 安全触边 安全触边是一种带有传感器的弹性裙边型产品，一般安装在移动机器人外围，障碍物会首先接触安全触边，弹性触边产生形变，对障碍物与移动机器人起到缓冲保护作用，同时挤压传感器，通过压力传感器或接触开关的形式输出触发信号，移动机器人进入避障状态。由于触边的弹性只能起到一定的保护作用，移动机器人这种突发避障急停没有减速过程，往往这种保护会造成一定的损伤，与移动机器人的移动惯量大小成正比。以前的移动机器人产品应用较多，随着非接触式防撞技术的进步，在新产品上逐渐被替代。 2.2 防撞探针 这是一种伸缩形式的接触开关，触碰到障碍物后探头会缩回触发信号。这种传感器很容易损坏，只能应用在很慢的速度下，而且是只真针对一点作用，避障盲区很大。这种特色使他很适合一些要求特殊的环境，如移动机器人上移栽设备的对接，对接区域一般为嵌入式的，这时无盲区的避障方式会造成干涉，而且此时的操作速度很慢，很适合采用防撞探针的避障方式，比如自动叉车和自动充电的应用。这种防撞方式是对传统防撞形式的一种补充，在开阔空间防撞技术外独立处理狭小空间的防撞技术要求，根据环境调整安装方式，机构简单通用性很强。 2.3 防撞护栏 防撞护栏是一种韧性较高的金属片折成弧形安装在移动机器人外围，效果与安全触边类似，但压缩行程要比安全触边大很多，对防撞的缓冲更大一些，安全性也就更好，但大大增加了移动机器人占地面积，对一些机器人体积要求不高的场合比安全触边更加有效。目前市场上的产品自动叉车上的应用较多。 3 结语 机器人技术及产品的发展解放了大量的劳动力，越来越多的应用到社会各个领域，移动机器人的防撞技术是保障生产安全的重要手段。多种形式的方案及传感器各有其特点，很难达到通用性，这就需要工程师充分掌握各种防撞技术，使移动机器人产品更好的适用不同环境下的需求。 参考文献： [1]邹青华.基于多传感器的移动机器人避障[D].浙江大学，2011. [2]张曙光，熊伟.基于双目视觉的移动机器人研究[J].现代电子技术，2012，35（18）：89-98. [3]胡克維.自动导引小车AGV的导航和避障技术研究[D].浙江大学，2012. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。