超聲波傳感器避障原理：無人機避障技術(shù)的實現(xiàn)方式——超聲波避障傳感器
原標題：無人機避障技術(shù)的實現(xiàn)方式——超聲波避障傳感器
避障技術(shù)，顧名思義就是無人機自主躲避障礙物的智能技術(shù)。無人機避障一直都是業(yè)界的難題，行業(yè)精英也嘗試尋求解決之道。從避障技術(shù)發(fā)展歷史來看，目前相對成熟的無人駕駛當仁不讓。
無人駕駛汽車是一種智能汽車主要依靠車內(nèi)的以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。其中無人駕駛主要原理為通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達預(yù)定目標；同時通過車載傳感器感知周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。
由此可知無人駕駛依靠人工智能、計算視覺、雷達、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同工作，讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下，自動安全地操作機動車輛。無人機避障也可以參考同樣的理論，從無人駕駛方案也就很容易看出無人機避障方案，無人車的避障方案設(shè)計對無人機的避障具有極高的的參考價值。
無人機的飛行任務(wù)主要有三大要求：
其一，是飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性要求。空中機器人（即無人機）在執(zhí)行任務(wù)過程中必須保持飛行軌跡平滑，高度基本不變，這也是對飛行器的基礎(chǔ)要求；
其二，是對障礙物的精準識別及規(guī)避；
其三，要求無人機完成規(guī)避后恢復(fù)預(yù)定軌跡。
無人機避障技術(shù)可簡單分為三個階段：
一是感知障礙物并停止階段；
二是獲取障礙物深度圖像自主繞開階段；
三是建立區(qū)域地圖合理規(guī)劃路徑階段。
作為一個無人機的感官系統(tǒng)，實時性要求更高也是硬需求，考慮到未來無人機在飛行執(zhí)行任務(wù)的過程中需要保持好的飛行狀態(tài)，就需要極高的安全性和穩(wěn)定性，這對傳感器收集到的信號信息以及同時所涉及到的應(yīng)用能夠做實時處理的能力是一個關(guān)鍵點。這三個避障技術(shù)對應(yīng)到幾種傳感器有：超聲波、毫米波、激光紅外、雙目視覺、電子地圖等。這幾種避障方式技術(shù)原理不同，因此適用的場景也會因需而議。下面我們就來說說超聲波傳感器在無人機避障中的相關(guān)解決方案吧。
無人機降落輔助是無人機所具有的一項功能，可以檢測無人機底部與著陸區(qū)域的距離，判定著陸點是否安全，然后緩慢下降到著陸區(qū)域。現(xiàn)在使用的無人機一般采用GPS監(jiān)測、氣壓傳感和其他傳感技術(shù)實現(xiàn)自主導(dǎo)航，檢測碰撞，定位等功能。而超聲波傳感則有助于無人機的著陸、懸停以及地面跟蹤,將無人機保持在高于地面的恒定高度。
與許多超聲波傳感應(yīng)用一樣，無人機著陸輔助系統(tǒng)使用飛行時間（ToF）原理。ToF是從傳感器發(fā)射到目標物體，然后從物體反射回傳感器的超聲波的往返時間估計。無人機的超聲波傳感器發(fā)出聲波，發(fā)送后，信號處理路徑變?yōu)殪o音，直到回波從物體反射回來為止。
現(xiàn)代很多傳感技術(shù)可以檢測物體的接近程度，而超聲波傳感在無人機著陸時的探測距離，不同表面的可靠性方面表現(xiàn)優(yōu)異。超聲波傳感可以檢測其他技術(shù)難以解決的的表面。例如，無人機經(jīng)常會遇到玻璃面，透明薄膜，玻璃天頂?shù)取９鈧鞲屑夹g(shù)有時會穿過玻璃和其他透明材料，以至于數(shù)據(jù)偏差，而造成在玻璃建筑物上懸停失誤。超聲波卻能可靠地反射出玻璃表面，從而準確降落。對于無人機中超聲波傳感器的應(yīng)用工采網(wǎng)推薦MaxBotix 超聲波避障傳感器 - MB1043 MB1033。
超聲波避障傳感器MB1043 MB1033是一款高分辨率（1mm）、高精度低功耗的超聲波傳感器，它在設(shè)計上，不僅對干擾噪音做了處理，具備抗噪音干擾能力。而且對于大小不同的目標，和變化的供電電壓，做了靈敏度的補償。另外還具備標準的的內(nèi)部溫度補償，使得測量出來的距離數(shù)據(jù)更加精準。應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境，它是一款很不錯的低成本解決方案！
超聲波避障傳感器 MB1043 MB1033 特點：
體積小低成本方案
高分辨率可達1mm
可測距離長達5米
多種輸出方式，包括脈寬、模擬電壓、串口
低功耗適合電池供電系統(tǒng)，3.3伏供電僅有2.5mA電流
抗噪音
對大小變化的目標和工作電壓各有補償
標準內(nèi)部溫度補償和可選的外部溫度補償
操作溫度從0?C + 65?C
超聲波避障傳感器MB1043 MB1033 在HRLV-MaxSonar-EZ系列中的波束角選擇
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超聲波傳感器避障原理：比較詳細的HC-SR04超聲波傳感器數(shù)據(jù)及機器人避障的應(yīng)用方法
引言.超聲波傳感器概述
?超聲波傳感器型號繁多,價格從幾元錢到幾百元不等,主要用于檢測距離,同時根據(jù)聲速計算出物體的距離.但超聲波傳感器有四個缺點:
1.聲音速度易受溫度和風(fēng)向等環(huán)境因素干擾,在室內(nèi)應(yīng)用可忽略.
2.超聲波有可能被吸引材料吸收,如毛毯,毛衣等.
3.傳感器可能受外部噪音(干擾源與傳感器有同樣的頻率)或相同傳感器干擾.
4.超聲波傳感器檢測與自身斜角較大的物體可能出現(xiàn)檢測不到的情況.
一.HC-SR04超聲波傳感器電子結(jié)構(gòu)
二.HC-SR04工作原理
?采用IO觸發(fā)測距,觸發(fā)信號輸入端(Trig)輸入一個10微秒以上的高電平信號,超聲發(fā)送口收到信號自動發(fā)送8個40Hz方波,同時啟動定時器,待傳感器接收到回波則停止計時并輸出回響信號,回響信號脈沖寬度與所測距離正比.根據(jù)時間間隔可以計算距離,公式:距離=(高電平時間*聲速)/2.
?使用I2C協(xié)議,一個CPU可控制多個傳感器.
三.HC-SR04出廠標準參數(shù)
?
四.HC-SR04實際測量結(jié)果
測距時,被測物體面積不宜少于0.5平方米且盡量要求平整,否則影響測量結(jié)果.
1.前方有平滑物體(如圖書封面,鏡面,墻體)與傳感器夾角大于45度(非垂直反射)時誤差明顯,且在5-40cm范圍內(nèi)讀數(shù)不穩(wěn)定.其中可能會出現(xiàn)的誤差有三角誤差、鏡面反射、多次反射等。
2.前方有毛衣,毛毯等吸音材料時讀數(shù)不穩(wěn)定.
3.聲波測量角度為30度,精度平均正負4cm.
五.其他研究應(yīng)用方法
1.一體式超聲波傳感器與步進電機組成的探測系統(tǒng):利用電機帶動一個超聲波傳感器旋轉(zhuǎn)測距,并與步進電機相互協(xié)調(diào).
2.多超聲波傳感器共同作用,互相補償.多見超聲波和紅外協(xié)同?
3.物理感應(yīng):超聲波傳感器和彈簧式的保護層共同工作,如保護層碰到障礙物,彈簧壓縮,機器人接收到碰撞信息,調(diào)整位置.
六.在機器人上的應(yīng)用設(shè)計
由于用超聲波測量距離并不是一個點測量。超聲波傳感器具有一定的擴散特性，發(fā)射的超聲能量主要集中在主波瓣上，沿著主波軸兩側(cè)呈波浪型衰減，左右約30°的擴散角。事實上,距離計算是基于超聲波成功、垂直的反射名義下進行的。但對于移動機器人很難保證其自身運動姿態(tài)的穩(wěn)定性，采用超聲波傳感器固定在移動機器人車身的探測方式，當移動機器人偏離平行墻面時，探測系統(tǒng)往往很難得到實際的距離。另外，超聲波這種發(fā)散特性在應(yīng)用于測量障礙物的時候，只能提供目標障礙物的距離信息，而不能提供目標的方向和邊界信息。因此需要用多個超聲傳感器以及其他傳感器共同工作.
應(yīng)用6個超聲波傳感器,兩邊對稱放置,每20度角一個,單側(cè)角度為40,60,80度.探測盲區(qū)在15cm以內(nèi),整體探測角度150度以上,可以應(yīng)用.?
建議測量周期60ms以上,防止發(fā)射信號受回響信號影響.
超聲波傳感器避障原理：深度：AGV如何避障，從傳感器和算法原理講起
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避障是指移動機器人在行走過程中，通過傳感器感知到在其規(guī)劃路線上存在靜態(tài)或動態(tài)障礙物時，按照一定的算法實時更新路徑，繞過障礙物，最后達到目標點。
避障常用哪些傳感器
不管是要進行導(dǎo)航規(guī)劃還是避障，感知周邊環(huán)境信息是第一步。就避障來說，移動機器人需要通過傳感器實時獲取自身周圍障礙物信息，包括尺寸、形狀和位置等信息。避障使用的傳感器多種多樣，各有不同的原理和特點，目前常見的主要有視覺傳感器、激光傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等。下面我簡單介紹一下這幾種傳感器的基本工作原理。
1、超聲波
超聲波傳感器的基本原理是測量超聲波的飛行時間，通過d=vt/2測量距離，其中d是距離，v是聲速，t是飛行時間。由于超聲波在空氣中的速度與溫濕度有關(guān)，在比較精確的測量中，需把溫濕度的變化和其它因素考慮進去。
上面這個圖就是超聲波傳感器信號的一個示意。通過壓電或靜電變送器產(chǎn)生一個頻率在幾十kHz的超聲波脈沖組成波包，系統(tǒng)檢測高于某閾值的反向聲波，檢測到后使用測量到的飛行時間計算距離。超聲波傳感器一般作用距離較短，普通的有效探測距離都在幾米，但是會有一個幾十毫米左右的最小探測盲區(qū)。由于超聲傳感器的成本低、實現(xiàn)方法簡單、技術(shù)成熟，是移動機器人中常用的傳感器。超聲波傳感器也有一些缺點，首先看下面這個圖。
因為聲音是錐形傳播的，所以我們實際測到的距離并不是 一個點，而是某個錐形角度范圍內(nèi)最近物體的距離。
另外，超聲波的測量周期較長，比如3米左右的物體，聲波傳輸這么遠的距離需要約20ms的時間。再者，不同材料對聲波的反射或者吸引是不相同的，還有多個超聲傳感器之間有可能會互相干擾，這都是實際應(yīng)用的過程中需要考慮的。
2、紅外
一般的紅外測距都是采用三角測距的原理。紅外發(fā)射器按照一定角度發(fā)射紅外光束，遇到物體之后，光會反向回來，檢測到反射光之后，通過結(jié)構(gòu)上的幾何三角關(guān)系，就可以計算出物體距離D。
當D的距離足夠近的時候，上圖中L值會相當大，如果超過CCD的探測范圍，這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當物體距離D很大時，L值就會很小，測量量精度會變差。因此，常見的紅外傳感器 測量距離都比較近，小于超聲波，同時遠距離測量也有最小距離的限制。另外，對于透明的或者近似黑體的物體，紅外傳感器是無法檢測距離的。但相對于超聲來說，紅外傳感器具有更高的帶寬。
3、激光
常見的激光雷達是基于飛行時間的（ToF，time of flight），通過測量激光的飛行時間來進行測距d=ct/2，類似于前面提到的超聲測距公式，其中d是距離，c是光速，t是從發(fā)射到接收的時間間隔。激光雷達包括發(fā)射器和接收器 ，發(fā)射器用激光照射目標，接收器接收反向回的光波。機械式的激光雷達包括一個帶有鏡子的機械機構(gòu)，鏡子的旋轉(zhuǎn)使得光束可以覆蓋 一個平面，這樣我們就可以測量到一個平面上的距離信息。
對飛行時間的測量也有不同的方法，比如使用脈沖激光，然后類似前面講的超聲方案，直接測量占用的時間，但因為光速遠高于聲速，需要非常高精度的時間測量元件，所以非常昂貴；另一種發(fā)射調(diào)頻后的連續(xù)激光波，通過測量接收到的反射波之間的差頻來測量時間。
圖一
圖二
比較簡單的方案是測量反射光的相移，傳感器以已知的頻率發(fā)射一定幅度的調(diào)制光，并測量發(fā)射和反向信號之間的相移，如上圖一。調(diào)制信號的波長為lamda=c/f，其中c是光速，f是調(diào)制頻率，測量到發(fā)射和反射光束之間的相移差theta之后，距離可由lamda*theta/4pi計算得到，如上圖二。
激光雷達的測量距離可以達到幾十米甚至上百米，角度分辨率高，通常可以達到零點幾度，測距的精度也高。但測量距離的置信度會反比于接收信號幅度的平方，因此，黑體或者遠距離的物體距離測量不會像光亮的、近距離的物體那么好的估計。并且，對于透明材料，比如玻璃，激光雷達就無能為力了。還有，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、器件成本高，激光雷達的成本也很高。
一些低端的激光雷達會采用三角測距的方案進行測距。但這時它們的量程會受到限制，一般幾米以內(nèi)，并且精度相對低一些，但用于室內(nèi)低速環(huán)境的SLAM或者在室外環(huán)境只用于避障的話，效果還是不錯的。
4、視覺
常用的計算機視覺方案也有很多種， 比如雙目視覺，基于TOF的深度相機，基于結(jié)構(gòu)光的深度相機等。深度相機可以同時獲得RGB圖和深度圖，不管是基于TOF還是結(jié)構(gòu)光，在室外強光環(huán)境下效果都并不太理想，因為它們都是需要主動發(fā)光的。像基于結(jié)構(gòu)光的深度相機，發(fā)射出的光會生成相對隨機但又固定的斑點圖樣，這些光斑打在物體上后，因為與攝像頭距離不同，被攝像頭捕捉到的位置也不相同，之后先計算拍到的圖的斑點與標定的標準圖案在不同位置的偏移，利用攝像頭位置、傳感器大小等參數(shù)就可以計算出物體與攝像頭的距離。而我們目前的E巡機器人主要是工作在室外環(huán)境，主動光源會受到太陽光等條件的很大影響，所以雙目視覺這種被動視覺方案更適合，因此我們采用的視覺方案是基于雙目視覺的。
雙目視覺的測距本質(zhì)上也是三角測距法，由于兩個攝像頭的位置不同，就像我們?nèi)说膬芍谎劬σ粯樱吹降奈矬w不一樣。兩個攝像頭看到的同一個點P，在成像的時候會有不同的像素位置，此時通過三角測距就可以測出這個點的距離。與結(jié)構(gòu)光方法不同的是，結(jié)構(gòu)光計算的點是主動發(fā)出的、已知確定的，而雙目算法計算的點一般是利用算法抓取到的圖像特征，如SIFT或SURF特征等，這樣通過特征計算出來的是稀疏圖。
要做良好的避障，稀疏圖還是不太夠的，我們需要獲得的是稠密的點云圖，整個場景的深度信息。稠密匹配的算法大致可以分為兩類，局部算法和全局算法。局部算法使用像素局部的信息來計算其深度，而全局算法采用圖像中的所有信息進行計算。一般來說，局部算法的速度更快，但全局算法的精度更高。
這兩類各有很多種不同方式的具體算法實現(xiàn)。能過它們的輸出我們可以估算出整個場景中的深度信息，這個深度信息可以幫助我們尋找地圖場景中的可行走區(qū)域以及障礙物。整個的輸出類似于激光雷達輸出的3D點云圖，但是相比來講得到信息會更豐富，視覺同激光相比優(yōu)點是價格低很多，缺點也比較明顯，測量精度要差 一些，對計算能力的要求也高很多。當然，這個精度差是相對的，在實用的過程中是完全足夠的，并且我們目前的算法在我們的平臺NVIDIA TK1和TX1上是可以做到實時運行。
KITTI采集的圖
實際輸出的深度圖，不同的顏色代表不同的距離
在實際應(yīng)用的過程中，我們從攝像頭讀取到的是連續(xù)的視頻幀流，我們還可以通過這些幀來估計場景中 目標物體的運動，給它們建立運動模型，估計和預(yù)測它們的運動方向、運動速度，這對我們實際行走、避障規(guī)劃是很有用的。
以上幾種是最常見的幾種傳感器 ，各有其優(yōu)點和缺點，在真正實際應(yīng)用的過程中，一般是綜合配置使用多種不同的傳感器 ，以最大化保證在各種不同的應(yīng)用和環(huán)境條件下，機器人都能正確感知到障礙物信息。我們公司的E巡機器人的避障方案就是以雙目視覺為主，再輔助以多種其他傳感器，保證機器人周邊360度空間立體范圍內(nèi)的障礙物都能被有效偵測到，保證機器人行走的安全性。
避障常用算法原理
在講避障算法之前，我們假定機器人已經(jīng)有了一個導(dǎo)航規(guī)劃算法對自己的運動進行規(guī)劃，并按照規(guī)劃的路徑行走。避障算法的任務(wù)就是在機器人執(zhí)行正常行走任務(wù)的時候，由于傳感器的輸入感知到了障礙物的存在，實時地更新目標軌跡，繞過障礙物。
1、Bug算法
Bug算法應(yīng)該是最簡單的一種避障算法了，它的基本思想是在發(fā)現(xiàn)障礙后，圍著檢測到的障礙物輪廓行走，從而繞開它。Bug算法目前有很多變種， 比如Bug1算法，機器人首先完全地圍繞物體，然后從距目標最短距離的點離開。Bug1算法的效率很低，但可以保證機器人達到目標。
Bug1算法示例
改進后的Bug2算法中，機器人開始時會跟蹤物體的輪廓，但不會完全圍繞物體一圈，當機器人可以直接移動至目標時，就可以直接從障礙分離，這樣可以達到比較短的機器人行走總路徑。
Bug2算法示例
除此之外，Bug算法還有很多其他的變種， 比如正切Bug算法等等。在許多簡單的場景中，Bug算法是實現(xiàn)起來比較容易和方便的，但是它們并沒有考慮到機器人的動力學(xué)等限制，因此在更復(fù)雜的實際環(huán)境中就不是那么可靠好用了。
2、勢場法（PFM）
實際上，勢場法不僅僅可以用來避障，還可以用來進行路徑的規(guī)劃。勢場法把機器人處理在勢場下的 一個點，隨著勢場而移動，目標表現(xiàn)為低谷值，即對機器人的吸引力，而障礙物扮演的勢場中的一個高峰，即斥力，所有這些力迭加于機器人身上，平滑地引導(dǎo)機器人走向目標，同時避免碰撞已知的障礙物。當機器人移動過程中檢測新的障礙物，則需要更新勢場并重新規(guī)劃。
上面這個圖是勢場比較典型的示例圖，最上的圖a左上角是出發(fā)點，右下角是目標點，中間三個方塊是障礙物。中間的圖b就是等勢位圖，圖中的每條連續(xù)的線就代表了一個等勢位的一條線，然后虛線表示的在整個勢場里面所規(guī)劃出來的一條路徑，我們的機器人是沿著勢場所指向的那個方向一直行走，可以看見它會繞過這個比較高的障礙物。最下面的圖，即我們整個目標的吸引力還有我們所有障礙物產(chǎn)生的斥力最終形成的一個勢場效果圖，可以看到機器人從左上角的出發(fā)點出發(fā)，一路沿著勢場下降的方向達到最終的目標點，而每個障礙物勢場表現(xiàn)出在很高的平臺，所以，它規(guī)劃出來的路徑是不會從這個障礙物上面走的。
一種擴展的方法在基本的勢場上附加了了另外兩個勢場：轉(zhuǎn)運勢場和任務(wù)勢場。它們額外考慮了由于機器人本身運動方向、運動速度等狀態(tài)和障礙物之間的相互影響。
轉(zhuǎn)動勢場考慮了障礙與機器人的相對方位，當機器人朝著障礙物行走時，增加斥力， 而當平行于物體行走時，因為很明顯并不會撞到障礙物，則減小斥力。任務(wù)勢場則排除了那些根據(jù)當前機器人速度不會對近期勢能造成影響的障礙，因此允許規(guī)劃出 一條更為平滑的軌跡。
另外還有諧波勢場法等其他改進方法。勢場法在理論上有諸多局限性， 比如局部最小點問題，或者震蕩性的問題，但實際應(yīng)用過程中效果還是不錯的，實現(xiàn)起來也比較容易。
向量場直方圖（VFH）
它執(zhí)行過程中針對移動機器人當前周邊環(huán)境創(chuàng)建了一個基于極坐標表示的局部地圖，這個局部使用柵格圖的表示方法，會被最近的一些傳感器數(shù)據(jù)所更新。VFH算法產(chǎn)生的極坐標直方圖如圖所示：
圖中x軸是以機器人為中心感知到的障礙物的角度，y軸表示在該方向存在障礙物的概率大小p。實際應(yīng)用的過程中會根據(jù)這個直方圖首先辨識出允許機器人通過的足夠大的所有空隙，然后對所有這些空隙計算其代價函數(shù)，最終選擇具有最低代價函數(shù)的通路通過。
代價函數(shù)受三個因素影響： 目標方向、機器人當前方向、之前選擇的方向，最終生成的代價是這三個因素的加權(quán)值，通過調(diào)節(jié)不同的權(quán)重可以調(diào)整機器人的選擇偏好。VFH算法也有其他的擴展和改進，比如在VFH+算法中，就考慮了機器人運動學(xué)的限制。由于實際底層運動結(jié)構(gòu)的不同，機器的實際運動能力是受限的，比如汽車結(jié)構(gòu)，就不能隨心所欲地原地轉(zhuǎn)向等。VFH+算法會考慮障礙物對機器人實際運動能力下軌跡的阻擋效應(yīng)，屏蔽掉那些雖然沒有被障礙物占據(jù)但由于其阻擋實際無法達到的運動軌跡。我們的E巡機器人采用的是兩輪差動驅(qū)動的運動形式，運動非常靈活，實際應(yīng)用較少受到這些因素的影響。
具體可以看一下這個圖示：
類似這樣傳統(tǒng)的避障方法還有很多，除此之外，還有許多其他的智能避障技術(shù)，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對機器人從初始位置到目標位置的整個行走路徑進行訓(xùn)練建模，應(yīng)用的時候，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸 入為之前機器人的位姿和速度以及傳感器的輸 入，輸出期望的下一目標或運動方向。
模糊邏輯方法核心是模糊控制器，需要將專家的知識或操作人員的經(jīng)驗寫成多條模糊邏輯語句，以此控制機器人的避障過程。 比如這樣的模糊邏輯：第一條，若右前方較遠處檢測到障礙物，則稍向左轉(zhuǎn)；第 二條，若右前方較近處檢測到障礙物，則減速并向左轉(zhuǎn)更多角度；等等。
避障過程中存在哪些問題
1、傳感器失效
從原理上來講，沒有哪個傳感器是完美的，比方說機器人面前是一塊完全透明的玻璃，那么采用紅外、激光雷達或視覺的方案，就可能因為這個光線直接穿過玻璃導(dǎo)致檢測失敗，這時候就需要超聲波這樣的傳感器來進行障礙物的偵測。所以我們在真正應(yīng)用的過程中，肯定都需要采取多種傳感器的結(jié)合，對不同傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行一個交叉驗證，以及信息的融合，保證機器人能夠穩(wěn)定可靠的工作。
除此之外也有其他模式可能導(dǎo)致傳感器失效，比如超聲波測距，一般需要超聲陣列，而陣列之間的傳感器如果同時工作的話，會容易互相產(chǎn)生干擾，傳感器A發(fā)射的光波反射回來被傳感器B接收，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)錯誤，但是如果按照順序一個個工作，由于超聲波傳感器采樣的周期相對比較長，會減慢整個采集的速度，對實時避障造成影響，這就要求從硬件的結(jié)構(gòu)到算法都必須設(shè)計好，盡可能提高采樣速度，減少傳感器之間的串擾。
還有比如說，機器人如果需要運動的話，一般都需要電機和驅(qū)動器，它們在工作過程中都會產(chǎn)生電容兼容性的問題，有可能會導(dǎo)致傳感器采集出現(xiàn)錯誤，尤其是模擬的傳感器，所以在實現(xiàn)過程中要把電機驅(qū)動器等設(shè)備、傳感器的采集部分，以及電源通信部分保持隔離，保證整個系統(tǒng)是能夠正常工作的。
2、算法設(shè)計
在剛剛提到的幾個算法，很多在設(shè)計的時候都并沒有完善考慮到整個移動機器人本身運動學(xué)模型和動力學(xué)模型，這樣的算法規(guī)劃出來的軌跡有可能在運動學(xué)上是實現(xiàn)不了的，有可能在運動學(xué)上可以實現(xiàn)，但是控制起來非常困難，比如剛剛提到的如果一臺機器人的底盤是汽車的結(jié)構(gòu)，就不能隨心所欲地原地轉(zhuǎn)向，或者哪怕這個機器人是可以原地轉(zhuǎn)向，但是如果一下子做一個很大的機動的話，我們的整個電機是執(zhí)行不出來的。所以在設(shè)計的時候，就要優(yōu)化好機器人本身的結(jié)構(gòu)和控制，設(shè)計避障方案的時候，也要考慮到可行性的問題。
然后在整個算法的架構(gòu)設(shè)計的時候，我們要考慮到為了避讓或者是避免傷人或者傷了機器人本身，在執(zhí)行工作的時候，避障是優(yōu)先級比較高的任務(wù)，甚至是最高的任務(wù)，并且自身運行的優(yōu)先級最高，對機器人的控制優(yōu)先級也要最高，同時這個算法實現(xiàn)起來速度要足夠快，這樣才能滿足我們實時性的要求。
總之，在我看來，避障在某種程度上可以看做機器人在自主導(dǎo)航規(guī)劃的一種特殊情況，相比整體全局的導(dǎo)航，它對實時性和可靠性的要求更高一些，然后，局部性和動態(tài)性是它的一個特點，這是我們在設(shè)計整個機器人硬件軟件架構(gòu)時一定要注意的。
問答環(huán)節(jié)
1、多機協(xié)同的避障策略有哪些？
多機協(xié)同避障策略在整個SLAM方向上都還是一個在鉆研的熱點領(lǐng)域，單純就避障來說，目前的方案是，當有兩個或多個機器人協(xié)同工作的時候，每個機器人會在一個局部各自維護一個相對的動態(tài)地圖，所有機器人共享一個相對靜態(tài)的地圖，而對于單個機器人來說，它們會各自維護一個更加動態(tài)的地圖，這樣當兩個機器人接近一個位置時，它們會將它們維護的動態(tài)地圖合并起來。
這樣子有什么好處呢，比如視覺只能看到前方一個方向，這時候跟后面機器人的動態(tài)地圖合并之后，就能看到前后整個局部的動態(tài)信息，然后完成避障。
多機協(xié)同的關(guān)鍵在于，兩個局部地圖之間的分享，就是它們分別在整個相對靜態(tài)的全局地圖上是有一小塊一個窗口的位置，到這兩個窗口可能融合的話，會把它們?nèi)诤显谝黄穑瑫r去指導(dǎo)兩個機器人的避障。在具體實現(xiàn)過程中，也要考慮整個信息傳輸?shù)膯栴}，如果是自己本身的局部地圖，由于都是本機的運算，速度一般都比較快，如果是兩個機器人協(xié)作的話，就要考慮到傳輸?shù)难訒r，以及帶寬的問題。
2、避障有無標準的測試標準和指標？
目前就我所了解業(yè)界并沒有什么統(tǒng)一的測試標準和指標，我們目前測試的時候會考慮這些指標，比如在單個障礙物或是多個障礙物，障礙物是靜態(tài)的或動態(tài)的情況下避障效果如何，以及實際規(guī)劃出的路徑完美度如何，還有這個軌跡是否平滑，符合我們觀感的效果。
當然，這個最重要的指標我覺得應(yīng)該避障是否失敗就是成功率的問題，要保證這個避障不管是碰到靜態(tài)的或者是動態(tài)的物體，然后那個物體不管是什么材質(zhì)，比如說如果是動態(tài)的人，我們穿什么樣的衣服會不會對整個避障功能造成影響，另外就是不同的環(huán)境又會有什么樣的影響，比如光線充足或暗淡。對于避障來說，成功率才是最為關(guān)鍵的。
超聲波傳感器避障原理：超聲波避避障傳感器是怎樣的原理 超聲波避障傳感器在哪些地方運用
近年來隨著移動機器人、無人駕駛汽車以及無人機的發(fā)展，對避障傳感器需求越來越多。傳統(tǒng)的可用來避障的傳感器有毫米波雷達、激光雷達、雙目視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外測距傳感器、激光測距儀、光電漫反射傳感器、視覺傳感器等等。那么，超聲波避避障傳感器是怎樣的原理？超聲波避障傳感器在哪些地方運用？
超聲波避避障傳感器是怎樣的原理
超聲波其實就是聲波的一種，因為頻率高于20kHz，所以人耳聽不見，并且指向性更強。
超聲波測距的原理比紅外線更加簡單，因為聲波遇到障礙物會反射，而聲波的速度已知，所以只需要知道發(fā)射到接收的時間差，就能輕松計算出測量距離，再結(jié)合發(fā)射器和接收器的距離，就能算出障礙物的實際距離。
超聲波測距相比紅外測距，價格更加便宜，相應(yīng)的感應(yīng)速度和精度也遜色一些。同樣，由于需要主動發(fā)射聲波，所以對于太遠的障礙物，精度也會隨著聲波的衰減而降低，此外，對于海綿等吸收聲波的物體或者在大風(fēng)干擾的情況下，超聲波將無法工作。
超聲波避障傳感器在哪些地方運用
超聲波避障傳感器在無人機中的應(yīng)用
無人機使用各種傳感技術(shù)實現(xiàn)自主導(dǎo)航、碰撞檢測。隨著無人機的功能不斷增加，避障技術(shù)作為增加無人機安全飛行的保障也隨著技術(shù)的發(fā)展日新月異。「避障功能」作為無人機在飛行過程中，通過其傳感器收集周邊環(huán)境的信息，測量距離從而做出相對應(yīng)的動作指令，從而達到「避障」的作用，帶來的最直接的好處就是，以往一些人為疏忽造成的撞擊，現(xiàn)在都能經(jīng)由避障功能去避免，既保障了無人機飛行安全的同時，也避免了對周圍人員財產(chǎn)的損害，讓飛無人機的門檻進一步得到了降低。
超聲波避障傳感器在機器人中的應(yīng)用
機器人自主定位導(dǎo)航看是簡單實則需根據(jù)地圖數(shù)據(jù)+算法的結(jié)合實現(xiàn)真正的自動化自動導(dǎo)航，機器人中使用的超聲波傳感器是一個電子模塊，測量距離在3cm到400cm之間。它可以用于幫助機器人避開障礙物，或用于其他相關(guān)項目的距離測量和避障工程。傳感器可謂是用來檢測機器人自身的工作狀態(tài)，以及機器人智能探測外部工作環(huán)境和對象狀態(tài)的核心部件。不僅能感受規(guī)定的被測量，還能按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。由于超聲波指向性強，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等,都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。
超聲波避障傳感器在AGV中的應(yīng)用
近幾年隨著物流搬運市場需求和勞動力成本的不斷提高，工廠規(guī)模擴大和管理模式的革新，工作效率與成本控制等眾多因素，AGV產(chǎn)品的功能及系統(tǒng)需更進一步快速滿足客戶對產(chǎn)品高適應(yīng)性的需求。對于復(fù)雜的工廠環(huán)境來說，不管是人工操作還是機器操作，安全都是不容忽視的問題。根據(jù)AGV小車在工廠的應(yīng)用，AGV小車避障系統(tǒng)直接關(guān)系到AGV小車在運行過程的安全。因此障礙物檢測是自動導(dǎo)航車研究的一個基本問題，是實現(xiàn)安全、正常工作的前提。
就避障來說，AGV行業(yè)安全首要考慮，AGV防撞避障可分為兩類設(shè)計：一是接觸式設(shè)計，起到防撞保護作用，常用接觸類傳感器（如壓電傳感器，機械式開關(guān)等）安裝在車體的底部，檢測外圍非接觸式傳感器（紅外線，超聲波，激光等）探測死角，起到緩沖保護作用；二是非接觸式設(shè)計，起到避障作用，常用非接觸類傳感器安裝在車體稍高正前方和正后方部位，用于車輛前進或者后退時起到避開障礙作用。
而超聲波傳感器以其價格低廉、測距精度高、測量穩(wěn)定、體積小等優(yōu)點，被廣泛用于AGV的避障檢測。在防撞應(yīng)用中超聲波傳感器防撞的原理是利用超聲波遇到障礙物能反射的特性，根據(jù)超聲波發(fā)射與接收的往返時間及聲速檢測與障礙物的距離，防止與障礙物碰撞。因為超聲波發(fā)射出來波束是一定的范圍空間發(fā)射出去的，所以超聲波防撞彌補了激光防撞只有水平面防撞的弊端，使得激光無軌導(dǎo)航叉車防撞更全面安全。由于超聲波在空氣中的速度與溫濕度有關(guān)，在比較精確的測量中，需把溫濕度的變化和其它因素考慮進去。
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