傳感器在機器人控制中的信息融合技術

　　設計一款可以尋線，沖線并在過程中實現投球功能的機器人，需要傳感器技術的支持，在實驗中機器人的整體結構中安裝了三個紅外傳感器和一個光感傳感器，這里主要分析各傳感器的實際應用總結。

　　本論文主要介紹是以單片機ATmega16為智能控制系統核心，在移動的機器人系統中應用光感傳感器實現機器人對障礙物的一系列行為；通過紅外傳感器實現機器人在移動過程中對黑色膠條的尋線，轉彎的過程。

　　1.紅外傳感器的應用

　　紅外傳感器一般是由光學系統，探測器，信號調理電路及顯示單元等組成的。紅外探測器是紅外傳感器的核心，它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現的物理效應來探測紅外輻射的。自然界中任何物體只要溫度高于絕對零度都能產生紅外輻射，而且溫度越低的物體輻射的紅外線波長越長，根據需要通過調節光暈的大小精確度選擇性的接受某一定范圍內的波長就可以達到測量的目的，紅外傳感器能把紅外輻射量變化轉換成電量變化。

　　本次實驗中我們用的SHARP電紅外傳感器，它的制作簡單，成本低，安裝比較方便，性能穩定，但是因為長期的使用，其精度有所降低。

　　在機器人行進中，我們借助紅外傳感器和地板上的色帶軌跡可以沿著既定路線自動行駛，路徑可任意，由于我們機器人的展示在室外，機器人在辨識路徑時，可能受到自然環境下可見光的影響，導致光感傳感器辨識不準，而紅外傳感器可以濾除自然光照條件下的各種光，可以使得反饋值的準確性大大增加。

　　因為我們的軌跡線是黑色的而兩側是白色的，左側的傳感器控制右電機，而右側的傳感器控制左電機。假設機器人的縱軸中線向左偏離黑色軌道線時，其中右側傳感器的光電管探測到軌跡線反射回來，是該傳感器輸出為高電平，而左側傳感器仍保持原狀態，輸出為低電平。通過與程序中的數值比較（見表1.1），此刻應該反饋的結果是左側電機正轉，右側電機反轉，使得車身相反方向轉動（角度可以通過程序控制，且轉角度越小，行進過程中越精確，時間停頓越小），這樣偏離的方向可以修正。在矯正路徑中，兩只電機不斷交替工作，是機器人實際上是緊靠著軌跡線向前方進行“之”字形運行的。我們的機器人上的第三只傳感器作為沖線裝置使用，它的優先級比另外兩個要高，當其反饋一個高電平以后，其余兩個傳感器的反饋信號直接屏蔽，機器人直線運行沖出終點線。

　　因為第三只傳感器優先級的問題我們再設計中結構和角度的設計，需要不斷在實驗中修改，以達到最滿意我們要求的精度。

　　2.光電傳感器

　　光感式傳感器是基于光電效應的傳感器，在收到可見光照射后即產生光電效應，將光信號轉換成電信號輸出。光電傳感器一般是由光源，光學通路和光電元件三部分組成。光強，光線的遮擋，透射，反射等測量多種物理量，如尺寸，位移速度，溫度等，也因此這是一種應用極廣泛的重要敏感器件。

　　我們在實驗中應用的是反射型光電開關，它在光電器的一端有兩個感受器，一個是發射器，一個是接收器。若再在發射器延長的一定范圍內，若無障礙物，則不會產生任何反饋，處于低電平狀態，機器人的機械臂仍維持原狀態；當其方向上產生障礙物遮蔽，則會在傳感器和遮擋物之間形成光線反饋到接收器上，光電器會產生一個脈沖反饋回cpu，使得機械臂產生動作。

　　機器人的行進中，考慮到機械臂在執行一系列動作時會產生一定時間的延時，故我們將光電傳感器成45度角向前傾斜，提前感知圓柱筒，當光感器感知遮蔽物時，機械臂進行反轉，并將爪中的小球投入圓筒中，完成投球動作。（圖1.1）

　　在不斷的實驗測量中，我們不斷調整機械臂的高度，光感器的角度，與遮蔽物的距離，以達到最好的測量效果，使小球精確的投入前提下，盡量不減緩小車前進的速度。

　　以上兩種只是我們在制作簡易的移動機器人中傳感器的使用，在實際的實驗室創作中還會用很多不同種類的傳感器。機器人是一門涉及技術領域非常廣泛的學科，其中傳感器和控制技術是核心的技術，所以絕大部分機器人應用中都可以看到傳感器的存在，所以多傳感信息融合技術在機器人領域有著廣闊的應用前景。而最突出的，應該是很多研究機構為了探討多傳感器數據融合的一般規律而在實驗室設計的各種可移動器人或各種環境下的自動駕駛裝置。從網上搜尋了一些多傳感器融合的比較著名的作品 。

　　而這種多傳感器信息融合系統與單傳感器信號處理方式相比，多傳感器信息融合系統可以有效的利用傳感器資源，可以更大程度的獲得被測目標和環境的信息量。多傳感器信息融合和單傳感器信號處理方法之間也存在本質的區別，其關鍵在于信息融合所處理的多傳感器信息具有更復雜的形勢，而且可以在不同的信息層次上出現。

　　多傳感器信息融合的基本目標是基于各傳感器分離觀測信息，通過對信息的優化組合導出更多有效信息，這是最佳協同作用的結果。它的最終目的是利用多個傳感器共同或聯合操作的優勢，來提高整個傳感器系統的有效性。

　　多傳感器信息融合技術在移動機器人中的應用現在已發展成為一個熱門的研究領域，為移動機器人探索不確定和未知環境提供了一種技術途徑。而移動機器人是一個多學科交叉發展的領域，現今只是設計了比較底層的機器人硬件和軟件，以后需要完善這些理論和結果，此外，還有許多問題需要繼續深入的研究。