移動(dòng)機(jī)器人原理與設(shè)計(jì)》第六章移動(dòng)機(jī)器人感知

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1、第六章 移動(dòng)機(jī)器人感知移動(dòng)機(jī)器人的傳感器不確定性的表示特征提取 1 6 .1 移動(dòng)機(jī)器人的傳感器l傳感器的分類(lèi) 根據(jù)傳感器所采集內(nèi)容的不同內(nèi)部傳感器:如用于角度測(cè)量的角度傳感器外部傳感器 :如光強(qiáng)傳感器根據(jù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的方法的不同 主動(dòng)傳感器:如紅外傳感器被動(dòng)傳感器:如攝像頭l紅外傳感器 HS0038 (紅外接收管) HS0038只是一個(gè)紅外接收管,在實(shí)際使用時(shí)須與紅外發(fā)射管配對(duì)使用,另外,紅外接收管和紅外發(fā)射管有兩種裝配方式,即對(duì)射式和反射式。 HS0038管腳封裝圖 紅外發(fā)射管發(fā)射電路 HS0038接收電路 ST188 特點(diǎn):采用高發(fā)射功率紅外二極管和高靈敏度光電晶體管組成。檢測(cè)距離可調(diào)整范圍

2、大,4-13 mm可用。采用非接觸方式 。 ST188實(shí)物圖 ST188封裝及內(nèi)部示意圖 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 18-Oct-2008 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By: U1 ST188 R1 120R R2 10K R5 RES2 R3 1K VCC 1 2 6 7 8 U2A LM324 1 16 2 R4A 10K D1 LED VCC VCC P

3、ort VCC ST188應(yīng)用電路圖 l超聲波傳感器壓電陶瓷超聲波換能器(UCMT40K1,UCMR40K1) 超聲波換能器外形圖 超聲波測(cè)距模塊DYP-ME007 模塊外形圖 特點(diǎn):工作電壓:DC5V 靜態(tài)電流:小于2mA 電平輸出:5V(接收到回波時(shí)) ,0V 感應(yīng)角度:不大于15度 感應(yīng)距離:4cm-5m 精度:0.3cm 引腳介紹:按圖順序依次為(左起):VCC、trig(控制端)、echo (接收端)、out (空腳)、GND。 使用方法:本模塊輸出方式為PWM。我們可以利用單片機(jī)從控制口給出一個(gè)10us以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出。一旦有高電平輸出就可以打開(kāi)定時(shí)器進(jìn)行

4、計(jì)時(shí),當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就可以讀定時(shí)器的值,定時(shí)器的值就為此次測(cè)距的時(shí)間,由于超聲波在空間中傳播的速度是確定且已知的,所以我們就可以計(jì)算出距離,如此周期性地測(cè)量方可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)測(cè)距。 l圖像傳感器(攝像頭) CCD和CMOS傳感器 圖像的采集及處理 :行、場(chǎng),隔行掃描等基本概念;兩個(gè)重要概念:有效像素、分辨率CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭(O7620) 主要技術(shù)參數(shù)1/3英寸數(shù)字式CMOS圖像傳感器;有效像素: 664(水平方向)492(垂直方向);內(nèi)置0為雙通道D轉(zhuǎn)換器,輸出位圖像數(shù)據(jù);5V電源供電;工作時(shí)功耗120mW,待機(jī)時(shí)功耗48dB; 攝像頭與單片機(jī)連接電路 Yn 614(攝像頭) 為數(shù)

5、據(jù)輸出;VSYNC 16(攝像頭) 垂直同步信號(hào)/復(fù)合信號(hào);HREF 15(攝像頭) 水平參考輸出/垂直幀同步信號(hào);DGND 17(攝像頭) 信號(hào)地;DVDD 19(攝像頭) +5V電源; 6 .2 不確定性表示l誤差的統(tǒng)計(jì)表示 221 ( )( ) exp( )22 xf x 高斯分布圖 l誤差的傳播 1( . ), 1,2,.j j mY f X X j m 誤差傳播示意圖 一維誤差非線性傳播問(wèn)題 TY X X XC F C F 1 11 1 mX n nm f fX XF f f fX X Cx表示輸入不確定性的協(xié)方差矩陣,CY表示輸出不確定性的協(xié)方差矩陣,F(xiàn)x表示系統(tǒng)的雅可比矩陣 其中

6、: 6 .3 特征提取l基于距離數(shù)據(jù)的特征提取 直線特征提取示意圖 cos cos sin sin cos( ) 0r r 直線方程如下:直線特征的提取為例 點(diǎn)與直線之間的正交距離:id為: cos( )i i id r 2 21 1 ( cos( ) )n nii iS d r 選取的性能指標(biāo)函數(shù):00SSr 分別對(duì)各個(gè)參數(shù)求一階偏導(dǎo):選擇權(quán)值: 21i i i 2 21 1 ( cos( ) )n ni i ii iS d r 性能指標(biāo)函數(shù)化為:21 2 1 2sin2 cos sin1arctan 12 cos2 cos( )iin i i i i j i j i jin i i i i j i j i ji 1 1cos( )n i i ii n iir 加權(quán)最小平方意義下的解為: l基于可視表象的特征提取 空間局部特征提取方法全圖像特征提取方法 習(xí)題:1.試給出移動(dòng)機(jī)器人傳感器的分類(lèi)方法,并舉例說(shuō)明。2.什么是模擬攝像頭?什么是數(shù)字?jǐn)z像頭??jī)烧叩膮^(qū)別是什么?3.試給出CMOS攝像頭和CCD攝像頭的優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)如何選擇?4.什么是特征提???在移動(dòng)機(jī)器人學(xué)中,特征提取有哪些方法?5.試簡(jiǎn)述超聲波傳感器進(jìn)行距離測(cè)量的工作原理。6.ST188紅外光電傳感器廣泛應(yīng)用于巡線機(jī)器人的設(shè)計(jì),在實(shí)際應(yīng)用中,如何提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性?

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