基于紅外傳感器的機器人敏感皮膚系統(tǒng)的研究.pdf

1、智能化是機器人科學研究的主要發(fā)展方向之一，機器人的智能主要表現(xiàn)在未知環(huán)境中自主工作的能力，這是在空間和海洋探索、軍事作戰(zhàn)、危險環(huán)境作業(yè)，甚至在未來服務業(yè)中工作的機器人都必須解決的理論與技術。在未知環(huán)境中，實時避障是實現(xiàn)智能化機器人自主工作能力的關鍵技術，機器人要在未知環(huán)境中自主工作必須具有環(huán)境感知和實時決策能力：一方面是準確采集外界環(huán)境信息，另一方面是快速進行信號處理。機器人敏感皮膚的研究正是在這一需求上發(fā)展起來的，它可以極大地改善機器

2、人環(huán)境感知能力，提高系統(tǒng)自主工作能力。 本文在對國外先進國家研究狀況進行分析的基礎上，深入研究了機器人敏感皮膚相關理論和關鍵技術，成功地研制出適應于多關節(jié)機器人實時避障新型機器人敏感皮膚。該機器人敏感皮膚是由模塊化、靈活的、帶有強數(shù)據(jù)處理能力的微型紅外傳感器陣列構成，覆蓋在機器人表面，依賴于皮膚上的紅外傳感器陣列來感知外部環(huán)境。采用幾何光學模型法來測量敏感皮膚與障礙物間的距離。試驗證明，敏感皮膚能夠實時準確地給出感知區(qū)內障礙物存

3、在和距離信息。 首先，提出基于紅外傳感器的機器人敏感皮膚的設計方案，快速準確地采集大量傳感器數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用DSP作為主處理芯片，外圍電路由CPLD來實現(xiàn)，多路高速數(shù)據(jù)采集使用并行方式進行處理。 其次，構建機器人敏感皮膚信號處理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化結構，使用快速傅利葉變換(FFT)對信號進行處理。為了能達到工程上要求的精度，采用漢寧(Hanning)窗法對誤差進行補償。 再次，針對敏感皮膚結構及其實時為智能機器人提

4、供周圍環(huán)境信息的特點，提出了一種基于容錯技術的多傳感器在線自適應加權融合算法。該算法首先對敏感皮膚模塊測量數(shù)據(jù)進行預處理，獲得具有容錯特性的虛擬傳感器數(shù)據(jù)值，其次依據(jù)各虛擬傳感器方差的變化，及時以自適應方式調整參與融合的各虛擬傳感器的最優(yōu)權系數(shù)，使融合系統(tǒng)的均方誤差始終最小。 最后，分析了系統(tǒng)中存在的主要電磁干擾源、電磁干擾的傳播途徑，并詳細說明提高該系統(tǒng)電磁兼容性的設計思想和具體實現(xiàn)技術。 敏感皮膚的研制，是機器人在傳