用於機器人的超聲波傳感器模塊

2020-12-17 電子發燒友

用於機器人的超聲波傳感器模塊

佚名 發表於 2018-05-24 09:10:00

隨著傳感器技術的推廣應用，機器人的發展也備受關注，同時也因為傳感器技術的進步，使得工業機器人的發展有了支持。可見傳感器為推動中國機器人產業快速有序發展立下了汗馬功勞。在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。它可以用於幫助機器人避開障礙物，或用於其他相關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，以及機器人智能探測外部工作環境和對象狀態的核心部件。不僅能感受規定的被測量，還能按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。

 

由於超聲波指向性強，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用於距離的測量，如測距儀和物位測量儀等,都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於做到實時控制，並且在測量精度方面能達到工業實用的要求，因此在移動機器人的研製上也得到了廣泛的應用。

 

為了使移動機器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統，以使其及時獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。在三方向（前、左、右）組成超聲波測距系統，就是為機器人了解其前方、左側和右側的環境而提供一個運動距離信息。超聲波傳感器接上電源可以單獨作為超聲波測距使用， 超聲波傳感器還可以指定從單片機I/O埠上輸出分段距離檢測信號，可以直接裝在機器人上，作為尋物、避障探測等應用。下面讓我們以韓國Hagisonic 機器人超聲波傳感器模塊 - HG-M40系列、HG-L40系列一起來了解用於機器人的超聲波傳感器模塊具體方案。

 

一、機器人超聲波傳感器模塊 - HG-M40系列, HG-L40系列產品特性

 

探測物體、測量距離

中距

多方向

「點擊噪聲」低

室內環境

死區最小化

實時信號(5V TTL)

在 40kHz 下工作

3 種模塊 − 收發器(HG-M40D) − 發送器(HG-M40T) − 接收器(HG-M40R)

二、超聲波測距原理

超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時計數器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波兩個接收器分別收到反射波就立即停止計時，並測量每條路徑的距離和飛行時間的比例 (P1+P2, P1+P3)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。

 

三、機器人超聲波傳感器模塊 - HG-M40系列, HG-L40系列模塊與模式的區別

 

1、模塊

 

① 收發器(D) : • 不僅可用作收發器模塊，而且在不同的接線方式下，可以作為接收器或發送器使用。

 

因為收發器要發出超聲波並等待回復，它可探測 30cm~40cm 及更遠的距離。無論怎

 

樣，它會儘可能識別出物體是否在某處。

 

② 發送器(T) : 僅發送超聲波。

 

③ 接收器(R) : 僅接收超聲波。

 

※ 使用 2 套或更多發送器和接收器時，可以進行 1~2cm 的近距離探測。

 

※ 同樣，如果所用的是收發器，當它獨立用作發射器或接收器時，也可以探測到距離短至 1〜2Cm 的障礙物。

 

2、模式

 

觸發輸入模式 (M-type)

脈衝串輸入模式(L-type) 3. M-type 與 L-type 間的差別。

 

由於用超聲波測量距離並不是一個點測量。超聲波傳感器具有一定的擴散特性，發射的超聲能量主要集中在主波瓣上，沿著主波軸兩側呈波浪型衰減，（常規）左右約60°的擴散角（可選）。事實上，距離計算是基於超聲波成功、垂直的反射名義下進行的。但對於移動機器人很難保證其自身運動姿態的穩定性，採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牆面時，探測系統往往很難得到實際的距離。另外，超聲波這種發散特性在應用於測量障礙物的時候，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。

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