超聲測距系統(tǒng)具有價格便宜,原理簡單且不受光照和透明半透明障礙物的干擾的優(yōu)點,已經(jīng)成為機器人必不可少的傳感器元器件之一。但是超聲傳感器易受其它雜波的干擾,其回波信號零點難以精確的找到,目前常用的渡越時間法測離,即回波信號的時間采用閾值法處理,具有測距精度不高的缺點。在復(fù)雜的環(huán)境里面,機器人對傳感器采集回來的信息量要求越來越高。隨著人工智能的時代到來,機器人對周圍障礙物的形狀必須有準確的判斷,才能規(guī)劃最優(yōu)路徑,對人類提供更好的服務(wù),所以機器人如何利用傳感器信息識別障礙物就顯得尤為重要。目前,常用于機器人的傳感器主要包括激光、視覺和超聲,激光的精度較高,但是其價格昂貴;視覺所收集的信息量較豐富,但是其計算量太大,對硬件要求較高,且其受光照影響較為嚴重,超聲以它獨特的優(yōu)勢,成為機器人不可缺少的傳感器之一。針對超聲測距系統(tǒng)易受雜波的影響,本文對接收回的超聲回波信號做優(yōu)化處理,對超聲回波信號采用了兩種濾波方法,對非遞歸形濾波器分別加入Bartlett窗函數(shù)、Hanning窗函數(shù)、Hamming窗函數(shù)和Blackman窗函數(shù)四種窗函數(shù)做濾波處理,對比分析濾波效果發(fā)現(xiàn),Blackman窗函數(shù)濾波效果較好,且運算量較小,容易實現(xiàn);對回波信號做帶通濾波處理,能夠較好的去除毛刺,但其計算量較大。由于超聲回波信號具有盲區(qū),當測量距離較近時,回波信號與盲區(qū)信號重合,很難找到回波信號零點,采用L階多項式逼近算法,把回波包絡(luò)函數(shù)重構(gòu)出來,精確地找到回波信號零點�？紤]到超聲信號之間的串擾,擬設(shè)計了四周形的超聲測距陣列,把收集回來的六組信息作為樣本,采集了160組這樣的樣本信息,分別代表四種障礙物,它們分別是墻面、墻角、走廊和半包圍形狀的障礙物;這160組樣本來自于四種障礙物信息,每個障礙物信息數(shù)據(jù)集又分為兩組,分別為訓(xùn)練集和預(yù)測集,訓(xùn)試集用來對SVM模型進行建模,預(yù)測集是用來驗證測試出來的模型對障礙物分辨的正確率;通過對SVM模型的懲罰因子c和核函數(shù)參數(shù)g交叉驗證,得出最優(yōu)參數(shù)c等于2.83,g為0.5,準確分辨率可以達到97.5%。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB559;TP242
【部分圖文】：

聲傳感器測距系統(tǒng)精度只停留在厘米級的范圍內(nèi)，可以滿足一于一些精度要求較高的測距環(huán)境就不在適用。因此，本文研究系統(tǒng)的信號優(yōu)化算法以及濾波算法，提高測距精度。由于近年技技術(shù)的飛速發(fā)展，以智能制造為核心的機器人產(chǎn)業(yè)將受到重視應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，隨之而來的是機器人周圍環(huán)境越來越復(fù)雜傳感器傳來的外部信息在未知環(huán)境中完成一定的動作，這就需境的障礙物識別，然后機器人才能在有障礙物的環(huán)境下做出相種目的[3,4]。因此，對周圍障礙物識別的研究是非常有必要的。機器人常用傳感器包括視覺、激光以及超聲探測等。視覺的優(yōu)圍大，但是單目視覺具有尺度問題，容易受光照和顏色的干擾取圖像的特征點，其計算量較大，對硬件要求較高，實時性不高度較高及方向性較好，但是激光價格昂貴，在一些較簡單的環(huán),8]。超聲測距系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，不受光照和透明障礙物的干擾，成優(yōu)點，超聲測距系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在自主移動機器人領(lǐng)域如圖 1-1 和

a）陪讀機器人 b）交互機器人圖 1-2 人機交互機器人超聲測距系統(tǒng)精度國內(nèi)外研究現(xiàn)狀超聲傳感器具有很多優(yōu)點，能夠很好地解決視覺光照影響因素，激光昂大的硬件問題，但是超聲傳感器也有一定的缺點，比如它的精度不高，雜波的影響，受到周圍環(huán)境影響較大，如何提高超聲測距精度成為研究。目前超聲測距方法主要有相位檢測法、幅值檢測法和渡越時間法等幾法。相位檢測法是通過發(fā)射不同頻率的超聲波來實現(xiàn)，通過返回回來的求得障礙物距離[9]。另一種是相位差法，由超聲換能器接收端獲得調(diào)制聲，經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換后，把得到放大后的電信號與光源的驅(qū)動電壓信號對求出兩個信號的相位差，根據(jù)相位差的信息求出障礙物的距離，這種方是相位比較，測距精度大大提高，但這種方法存在缺陷，相位測量存在期的多解值，容易造成解的不確定性[10]。幅值檢測法是通過發(fā)射 40 kHz率波，對超聲接收傳感器接收到的超聲波脈沖強度計算分析，根據(jù)回波，分析回波脈沖強度，進而求得目標距離，此種方法依賴于空氣雜質(zhì)含

接收電路的輸出電壓波形
【參考文獻】

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本文編號：2868020