让机器人具备周围环境感知能力

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：可以说没有感知周围环境能力的机器人就像没有生命力的人。该结构实现了对传感器的循环检测，使机器人能够对周围环境的变化及时做出响应。机器人在出厂前，已经对所有的传感器都进行了检测，但是器件偏差和环境干扰是不可避免的。

在前面的例子中，机器人只是简单地执行程序预先设定好的指令，没有自主能力。它不知道前进的道路上有没有障碍，也不知道有没有完成编程者给的指令。例如，前面你让它走一个正方形，而它在中途撞到门上，它只会卡死在那里，不知道避开。可以说没有感知周围环境能力的机器人就像没有生命力的人。而所以称之为机器“人”，就是它拥有多种感知环境的手段，再配合它先进的“大脑”，才可能在实际环境中完成一定的任务，才能产生丰富的行为。因此，用好机器人的传感器是非常重要的。

本文的机器人传感器主要有碰撞传感器、光敏传感器、主动式红外测障传感器、旋转角度编码器和麦克风。其中麦克风是没有方向性的，能感知声音的强弱；光敏传感器能感知所在环境的光强；主动式红外测障传感器能感知前方80 cm以内的障碍物；碰撞传感器能感受到四个方向上的碰撞；旋转角度编码器不是用于探测外部环境，而是用于测量轮子旋转的角度数。

1.碰撞传感器的使用

下面结合“台球”程序来学习碰撞传感器的使用。

在该函数中有一个检测传感器的常用结构“while（1）｛检测传感器；做出响应；｝”。该结构实现了对传感器的循环检测，使机器人能够对周围环境的变化及时做出响应。机器人做出的响应可以是改变运动方式，也可以是改变一个内部变量。在这个例子里，机器人响应来自外部四个方向上的碰撞，并相应地改变运动方向。程序刚开始运行时，机器人静止。这时你只要给它一个初始碰撞，它就开始不停地运动起来，在障碍物之间撞来撞去。你可以试着用脚去碰它，看一看它是不是像一个“足球”。如果你有不止一个机器人，那么试着改变程序对碰撞的响应方式，给每个机器人下载这样的程序，把它们摆在一起，让其中一个机器人从远处撞过来，那场面一定像打台球。

2.红外和光敏的使用

AS机器人的红外传感器可以探测到前方和左右两侧10～80 cm的障碍，就像它的一对“眼睛”。下面是一个利用红外传感器检测障碍物的一个程序。

这个例子实现了跟随前方物体。机器人可以跟随前方移动的人或物；如果撞上前方的物体，就停一停；如果前方红外系统探测范围内没有物体，就停下来。可以修改上面的程序，让机器人避开障碍物。给一个机器人下载避让程序，其他的机器人下载跟踪程序，在适当的条件下能看到，机器人一个跟着一个排成长龙，鱼贯前进。

光敏的使用和红外系统类似，所不同的是光敏只能感知左右两侧的明暗，和距离没有直接关系。调用“analog（photo＿left）；analog（photo＿right）；”就能返回两侧光敏的测量值。它在周围环境比较暗的情况下作用最明显。

要用好机器人传感器，需要对测量、采样原理有所了解。通常在使用传感器测量之前都有一个标定过程，设置测量值的参考点。机器人在出厂前，已经对所有的传感器都进行了检测，但是器件偏差和环境干扰是不可避免的。例如，可能会出现左右光敏对同样光强的测量值不一样，或采样出现异常值。所以在编程中，使用一些偏移量校正、去除测量噪声和避免误触发的方法还是很有用的。

3.编码器的使用

编码器测量的是轮子码盘转过的格数。通过编码器，可以知道轮子转过的圈数，从而大致知道机器人走过的距离，除以时间还可以知道实际转速。由于编码器是对自身采样，所以不可能依靠它判断机器人的精确位置。它可以用于短距离的定位和速度测量。

让机器人具备周围环境感知能力

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