移动机器人原理与设计》第六章移动机器人感知

第六章 移动机器人感知移动机器人的传感器不确定性的表示特征提取 1 6 .1 移动机器人的传感器l传感器的分类 根据传感器所采集内容的不同内部传感器：如用于角度测量的角度传感器外部传感器 ：如光强传感器根据实现测量的方法的不同 主动传感器：如红外传感器被动传感器：如摄像头l红外传感器 HS0038 （红外接收管） HS0038只是一个红外接收管，在实际使用时须与红外发射管配对使用，另外，红外接收管和红外发射管有两种装配方式，即对射式和反射式。 HS0038管脚封装图 红外发射管发射电路 HS0038接收电路 ST188 特点：采用高发射功率红外二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围大，4-13 mm可用。采用非接触方式 。 ST188实物图 ST188封装及内部示意图 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 Port VCC ST188应用电路图 l超声波传感器压电陶瓷超声波换能器（UCMT40K1，UCMR40K1） 超声波换能器外形图 超声波测距模块DYP-ME007 模块外形图 特点：工作电压：DC5V 静态电流：小于2mA 电平输出：5V（接收到回波时） ，0V 感应角度：不大于15度 感应距离：4cm-5m 精度：0.3cm 引脚介绍：按图顺序依次为（左起）：VCC、trig（控制端）、echo （接收端）、out （空脚）、GND。 使用方法：本模块输出方式为PWM。我们可以利用单片机从控制口给出一个10us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出就可以打开定时器进行计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，定时器的值就为此次测距的时间，由于超声波在空间中传播的速度是确定且已知的，所以我们就可以计算出距离，如此周期性地测量方可实现移动机器人的移动测距。 l图像传感器（摄像头） CCD和CMOS传感器 图像的采集及处理 ：行、场，隔行扫描等基本概念；两个重要概念：有效像素、分辨率CMOS数字摄像头（O7620） 主要技术参数1/3英寸数字式CMOS图像传感器;有效像素: 664(水平方向)492（垂直方向）；内置0为双通道D转换器，输出位图像数据；5V电源供电；工作时功耗120mW，待机时功耗48dB； 摄像头与单片机连接电路 Yn 614（摄像头） 为数据输出；VSYNC 16（摄像头） 垂直同步信号/复合信号;HREF 15（摄像头） 水平参考输出/垂直帧同步信号;DGND 17（摄像头） 信号地;DVDD 19（摄像头） +5V电源; 6 .2 不确定性表示l误差的统计表示 221 ( )( ) exp( )22 xf x 高斯分布图 l误差的传播 1( . ), 1,2,.j j mY f X X j m 误差传播示意图 一维误差非线性传播问题 TY X X XC F C F 1 11 1 mX n nm f fX XF f f fX X Cx表示输入不确定性的协方差矩阵，CY表示输出不确定性的协方差矩阵，Fx表示系统的雅可比矩阵 其中： 6 .3 特征提取l基于距离数据的特征提取 直线特征提取示意图 cos cos sin sin cos( ) 0r r 直线方程如下：直线特征的提取为例 点与直线之间的正交距离：id为： cos( )i i id r 2 21 1 ( cos( ) )n nii iS d r 选取的性能指标函数：00SSr 分别对各个参数求一阶偏导：选择权值： 21i i i 2 21 1 ( cos( ) )n ni i ii iS d r 性能指标函数化为：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 加权最小平方意义下的解为： l基于可视表象的特征提取 空间局部特征提取方法全图像特征提取方法 习题：1.试给出移动机器人传感器的分类方法，并举例说明。2.什么是模拟摄像头？什么是数字摄像头？两者的区别是什么？3.试给出CMOS摄像头和CCD摄像头的优缺点，在实际应用中应如何选择？4.什么是特征提取？在移动机器人学中，特征提取有哪些方法？5.试简述超声波传感器进行距离测量的工作原理。6.ST188红外光电传感器广泛应用于巡线机器人的设计，在实际应用中，如何提高系统对环境的适应性？