移動機器人原理與設計》第六章移動機器人感知

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1、第六章 移動機器人感知移動機器人的傳感器不確定性的表示特征提取 1 6 .1 移動機器人的傳感器l傳感器的分類 根據(jù)傳感器所采集內容的不同內部傳感器：如用于角度測量的角度傳感器外部傳感器 ：如光強傳感器根據(jù)實現(xiàn)測量的方法的不同 主動傳感器：如紅外傳感器被動傳感器：如攝像頭l紅外傳感器 HS0038 （紅外接收管） HS0038只是一個紅外接收管，在實際使用時須與紅外發(fā)射管配對使用，另外，紅外接收管和紅外發(fā)射管有兩種裝配方式，即對射式和反射式。 HS0038管腳封裝圖 紅外發(fā)射管發(fā)射電路 HS0038接收電路 ST188 特點：采用高發(fā)射功率紅外二極管和高靈敏度光電晶體管組成。檢測距離可調整范圍

2、大，4-13 mm可用。采用非接觸方式 。 ST188實物圖 ST188封裝及內部示意圖 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A Title Number RevisionSize B Date: 18-Oct-2008 Sheet of File: C:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By: U1 ST188 R1 120R R2 10K R5 RES2 R3 1K VCC 1 2 6 7 8 U2A LM324 1 16 2 R4A 10K D1 LED VCC VCC P

3、ort VCC ST188應用電路圖 l超聲波傳感器壓電陶瓷超聲波換能器（UCMT40K1，UCMR40K1） 超聲波換能器外形圖 超聲波測距模塊DYP-ME007 模塊外形圖 特點：工作電壓：DC5V 靜態(tài)電流：小于2mA 電平輸出：5V（接收到回波時） ，0V 感應角度：不大于15度 感應距離：4cm-5m 精度：0.3cm 引腳介紹：按圖順序依次為（左起）：VCC、trig（控制端）、echo （接收端）、out （空腳）、GND。 使用方法：本模塊輸出方式為PWM。我們可以利用單片機從控制口給出一個10us以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。一旦有高電平輸出就可以打開定時器進行

4、計時，當此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值，定時器的值就為此次測距的時間，由于超聲波在空間中傳播的速度是確定且已知的，所以我們就可以計算出距離，如此周期性地測量方可實現(xiàn)移動機器人的移動測距。 l圖像傳感器（攝像頭） CCD和CMOS傳感器 圖像的采集及處理 ：行、場，隔行掃描等基本概念；兩個重要概念：有效像素、分辨率CMOS數(shù)字攝像頭（O7620） 主要技術參數(shù)1/3英寸數(shù)字式CMOS圖像傳感器;有效像素: 664(水平方向)492（垂直方向）；內置0為雙通道D轉換器，輸出位圖像數(shù)據(jù)；5V電源供電；工作時功耗120mW，待機時功耗48dB； 攝像頭與單片機連接電路 Yn 614（攝像頭） 為數(shù)

5、據(jù)輸出；VSYNC 16（攝像頭） 垂直同步信號/復合信號;HREF 15（攝像頭） 水平參考輸出/垂直幀同步信號;DGND 17（攝像頭） 信號地;DVDD 19（攝像頭） +5V電源; 6 .2 不確定性表示l誤差的統(tǒng)計表示 221 ( )( ) exp( )22 xf x 高斯分布圖 l誤差的傳播 1( . ), 1,2,.j j mY f X X j m 誤差傳播示意圖 一維誤差非線性傳播問題 TY X X XC F C F 1 11 1 mX n nm f fX XF f f fX X Cx表示輸入不確定性的協(xié)方差矩陣，CY表示輸出不確定性的協(xié)方差矩陣，F(xiàn)x表示系統(tǒng)的雅可比矩陣 其中

6、： 6 .3 特征提取l基于距離數(shù)據(jù)的特征提取 直線特征提取示意圖 cos cos sin sin cos( ) 0r r 直線方程如下：直線特征的提取為例 點與直線之間的正交距離：id為： cos( )i i id r 2 21 1 ( cos( ) )n nii iS d r 選取的性能指標函數(shù)：00SSr 分別對各個參數(shù)求一階偏導：選擇權值： 21i i i 2 21 1 ( cos( ) )n ni i ii iS d r 性能指標函數(shù)化為：21 2 1 2sin2 cos sin1arctan 12 cos2 cos( )iin i i i i j i j i jin i i i i j i j i ji 1 1cos( )n i i ii n iir 加權最小平方意義下的解為： l基于可視表象的特征提取 空間局部特征提取方法全圖像特征提取方法 習題：1.試給出移動機器人傳感器的分類方法，并舉例說明。2.什么是模擬攝像頭？什么是數(shù)字攝像頭？兩者的區(qū)別是什么？3.試給出CMOS攝像頭和CCD攝像頭的優(yōu)缺點，在實際應用中應如何選擇？4.什么是特征提??？在移動機器人學中，特征提取有哪些方法？5.試簡述超聲波傳感器進行距離測量的工作原理。6.ST188紅外光電傳感器廣泛應用于巡線機器人的設計，在實際應用中，如何提高系統(tǒng)對環(huán)境的適應性？