مستشعر الموجات فوق الصوتية في الروبوتات يساعد الروبوتات الذكية على تجنب العوائق “الصغيرة والسريعة والمستقرة”

1 、مقدمة

تتراوح بالموجات فوق الصوتيةهي تقنية كشف عدم الاتصال تستخدم الموجات فوق الصوتية المنبعثة من مصدر الصوت، وتنعكس الموجة فوق الصوتية مرة أخرى إلى مصدر الصوت عند اكتشاف العائق، ويتم حساب مسافة العائق بناءً على سرعة انتشار سرعة العائق. الصوت في الهواء.نظرًا لاتجاهه الجيد بالموجات فوق الصوتية، فإنه لا يتأثر بالضوء ولون الجسم المقاس، لذلك يستخدم على نطاق واسع في تجنب عوائق الروبوت.يمكن لجهاز الاستشعار استشعار العوائق الثابتة أو الديناميكية على مسار المشي للروبوت، والإبلاغ عن معلومات المسافة والاتجاه للعوائق في الوقت الفعلي.يستطيع الروبوت تنفيذ الإجراء التالي بشكل صحيح وفقًا للمعلومات.

مع التطور السريع لتكنولوجيا تطبيقات الروبوت، ظهرت الروبوتات في مجالات التطبيقات المختلفة في السوق، وتم طرح متطلبات جديدة لأجهزة الاستشعار.إن كيفية التكيف مع تطبيقات الروبوتات في المجالات المختلفة هي مشكلة يجب على كل مهندس استشعار أن يفكر فيها ويستكشفها.

في هذا البحث، من خلال تطبيق مستشعر الموجات فوق الصوتية في الروبوت، لفهم أفضل لاستخدام مستشعر تجنب العوائق.

2 、مقدمة الاستشعار

A21 وA22 وR01 عبارة عن مستشعرات مصممة بناءً على تطبيقات التحكم الآلي في الروبوت، مع سلسلة من مزايا المنطقة العمياء الصغيرة، والقدرة على التكيف القوية مع القياس، ووقت الاستجابة القصير، وتداخل تصفية المرشح، والقدرة على التكيف العالية في التثبيت، ومقاومة الغبار والماء، والعمر الطويل والموثوقية العالية ،إلخ.يمكنهم تكييف أجهزة الاستشعار بمعلمات مختلفة وفقًا للروبوتات المختلفة.

صور المنتج A21، A22، R01

ملخص الوظيفة:

• إمدادات الجهد واسعة، والعمل الجهد 3.3 ~ 24V ；

• يمكن أن تصل المنطقة العمياء إلى 2.5 سم كحد أدنى؛

•يمكن ضبط النطاق الأبعد، ويمكن ضبط نطاق إجمالي من 5 مستويات يتراوح من 50 سم إلى 500 سم من خلال التعليمات؛

• تتوفر مجموعة متنوعة من أوضاع الإخراج، UART تلقائي / متحكم فيه، متحكم فيه PWM، مستوى صوت التبديل TTL (3.3V)، RS485، IIC، إلخ.(يمكن لاستهلاك الطاقة الذي يتم التحكم فيه بواسطة UART والتحكم في PWM أن يدعم استهلاك طاقة النوم المنخفض للغاية ≥5uA) ；

• معدل الباود الافتراضي هو 115200، ويدعم التعديل؛

• وقت الاستجابة على مستوى Ms، يمكن أن يصل وقت إخراج البيانات إلى 13 مللي ثانية بشكل أسرع؛

• يمكن تحديد زاوية مفردة ومزدوجة، ويتم دعم إجمالي أربعة مستويات زاوية لسيناريوهات التطبيق المختلفة؛

• وظيفة تقليل الضوضاء المدمجة التي يمكن أن تدعم إعداد مستوى تقليل الضوضاء بـ 5 درجات؛

• تقنية معالجة الموجات الصوتية الذكية، خوارزمية ذكية مدمجة لتصفية الموجات الصوتية المتداخلة، يمكنها تحديد موجات الصوت المتداخلة وإجراء التصفية تلقائيًا؛

• تصميم هيكل مقاوم للماء، درجة مقاومة للماء IP67؛

• قدرة قوية على التكيف مع التثبيت، طريقة التثبيت بسيطة ومستقرة وموثوقة؛

• دعم ترقية البرامج الثابتة عن بعد؛

3 、معلمات المنتج

(1) المعلمات الأساسية

(2) نطاق الكشف

يحتوي مستشعر تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية على نسخة ذات زاويتين من الاختيار، عندما يتم تثبيت المنتج عموديًا، تكون زاوية الكشف عن الاتجاه الأفقي الأيسر والأيمن كبيرة، ويمكن أن تزيد من نطاق تغطية تجنب العوائق، وزاوية كشف الاتجاه الرأسي الصغيرة، في نفس الوقت. الوقت، فإنه يتجنب الزناد الخاطئ الناجم عن سطح الطريق غير المستوي أثناء القيادة.

رسم تخطيطي لنطاق القياس

4 、المخطط الفني لجهاز استشعار تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية

(1) رسم تخطيطي لهيكل الأجهزة

(2) سير العمل

أ-يتم تشغيل المستشعر بواسطة الدوائر الكهربائية.

ب.يبدأ المعالج بالفحص الذاتي للتأكد من أن كل دائرة تعمل بشكل طبيعي.

ج 、 يقوم المعالج بالفحص الذاتي لتحديد ما إذا كانت هناك إشارة تداخل بالموجات فوق الصوتية بنفس التردد في البيئة، ثم يقوم بتصفية ومعالجة الموجات الصوتية الغريبة في الوقت المناسب.عندما لا يمكن إعطاء قيمة المسافة الصحيحة للمستخدم، قم بإعطاء بيانات الإشارة غير الطبيعية لمنع الأخطاء، ثم انتقل إلى العملية k.

د.يرسل المعالج تعليمات إلى دائرة نبض الإثارة المعززة للتحكم في شدة الإثارة وفقًا للزاوية والمدى.

هـ، يقوم المسبار بالموجات فوق الصوتية T بنقل الإشارات الصوتية بعد العمل

f、يستقبل مسبار الموجات فوق الصوتية R إشارات صوتية بعد العمل

ز.يتم تضخيم الإشارة الصوتية الضعيفة بواسطة دائرة مضخم الإشارة وإعادتها إلى المعالج.

h、يتم إرجاع الإشارة المضخمة إلى المعالج بعد التشكيل، وتقوم الخوارزمية الذكية المدمجة بتصفية تقنية موجة الصوت المتداخلة، والتي يمكنها فحص الهدف الحقيقي بشكل فعال.

ط، دائرة الكشف عن درجة الحرارة، والكشف عن ردود فعل درجة حرارة البيئة الخارجية للمعالج

ي.يحدد المعالج وقت عودة الصدى ويعوض درجة الحرارة جنبًا إلى جنب مع البيئة المحيطة الخارجية، ويحسب قيمة المسافة (S = V *t/2).

ك.يرسل المعالج إشارة البيانات المحسوبة إلى العميل عبر خط الاتصال ويعود إلى أ.

(3) عملية التدخل

ستواجه الموجات فوق الصوتية في مجال الروبوتات مجموعة متنوعة من مصادر التداخل، مثل ضوضاء مصدر الطاقة، والسقوط، والارتفاع، والعابر، وما إلى ذلك. التداخل الإشعاعي لدائرة التحكم الداخلية للروبوت والمحرك.تعمل الموجات فوق الصوتية مع الهواء كوسيط.عندما يتم تجهيز الروبوت بأجهزة استشعار متعددة بالموجات فوق الصوتية وتعمل عدة روبوتات متجاورة في نفس الوقت، سيكون هناك العديد من إشارات الموجات فوق الصوتية غير الأصلية في نفس المكان والزمان، وسيكون التداخل المتبادل بين الروبوتات خطيرًا للغاية.

في ضوء مشاكل التداخل هذه، يمكن للمستشعر المدمج في تقنية التكيف المرنة للغاية، أن يدعم إعداد مستوى تقليل الضوضاء بـ 5 مستويات، ويمكن ضبط مرشح تداخل التردد نفسه، ويمكن ضبط النطاق والزاوية، باستخدام خوارزمية مرشح الصدى، قدرة قوية ضد التدخل.

بعد مختبر DYP من خلال طريقة الاختبار التالية: استخدم 4 أجهزة استشعار لتجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية للتحوط من القياس، ومحاكاة بيئة العمل متعددة الآلات، وتسجيل البيانات، ووصل معدل دقة البيانات إلى أكثر من 98%.

رسم تخطيطي لاختبار تكنولوجيا مكافحة التدخل

(4) زاوية الشعاع قابلة للتعديل

تحتوي زاوية شعاع مستشعر تكوين البرنامج على 4 مستويات: 40،45،55،65، لتلبية متطلبات التطبيق لسيناريوهات مختلفة.

5 、المخطط الفني لجهاز استشعار تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية

في مجال تطبيق تجنب عوائق الروبوت، يكون المستشعر هو عين الروبوت، ويعتمد ما إذا كان الروبوت قادرًا على التحرك بمرونة وسرعة إلى حد كبير على معلومات القياس التي يعيدها المستشعر.في نفس النوع من أجهزة استشعار تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية، فهي منتجات موثوقة لتجنب العوائق بتكلفة منخفضة وسرعة منخفضة، ويتم تثبيت المنتجات حول الروبوت، والتواصل مع مركز التحكم في الروبوت، وبدء تشغيل أجهزة استشعار مختلفة للكشف عن المسافة وفقًا لاتجاه الحركة. للروبوت، وتحقيق الاستجابة السريعة ومتطلبات الكشف عند الطلب.وفي الوقت نفسه، يتمتع المستشعر بالموجات فوق الصوتية بزاوية مجال مجال رؤية كبيرة لمساعدة الآلة في الحصول على مساحة قياس أكبر لتغطية منطقة الكشف المطلوبة أمامها مباشرة.

6 、أبرز تطبيقات جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في مخطط تجنب عوائق الروبوت

• رادار تجنب العوائق بالموجات فوق الصوتية، مجال الرؤية مشابه لكاميرا العمق، ويكلف حوالي 20% من كاميرا العمق.

• دقة كاملة على مستوى المليمتر، أفضل من كاميرا العمق؛

• لا تتأثر نتائج الاختبار بلون البيئة الخارجية وشدة الضوء، ويمكن اكتشاف عوائق المواد الشفافة بشكل ثابت، مثل الزجاج والبلاستيك الشفاف، وما إلى ذلك؛

• خالية من الغبار والحمأة والضباب والتدخل في البيئة الحمضية والقلوية، وموثوقية عالية، وتوفير القلق، وانخفاض معدل الصيانة.

• حجم صغير لتلبية تصميم الروبوت الخارجي والمضمن، ويمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من سيناريوهات الروبوتات الخدمة، لتلبية الاحتياجات المتنوعة للعملاء، وخفض التكاليف.