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　　1引言

　　超聲波測距是一種非接觸檢測技術，利用超聲波從聲波源處發出，當檢測到障礙物時超聲波反射回到聲波源處，并根據聲速在空氣中的傳播速度計算障礙物的距離。因超聲波指向性好，不受光線和被測對象顏色等影響，廣泛在機器人避障上應用。傳感器能感知到機器人在行走路線上出現的靜態或動態障礙物，實時將障礙物的距離和方向信息上報，機器人根據信息能正確的執行下一步動作。

　　隨著機器人應用技術的高速發展，市場上出現了不同應用領域的機器人，對傳感器提出了新的要求，如何適配不同領域機器人的應用，是每一個傳感器工程師思考和探索的問題。

　　本文通過對超聲波傳感器在機器人上的應用，來更深入了解避障傳感器的使用。

　　A21、A22、R01產品圖片

　　2傳感器介紹

　　A21、A22、R01是基于機器人自動控制應用而設計的傳感器，具備了盲區小、測量適配性強、響應時間短、過濾同頻干擾、安裝適配性高、防塵防水、壽命長、可靠性高等一系列優點，可以根據不同的機器人適配不同參數的傳感器。

　　功能摘要：

　　?寬電壓供電，工作電壓3.3~24V;

　　?盲區最小可達2.5cm;

　　?最遠量程可設置，可通過指令設置50cm-500cm共5級量程等級;

　　?多種輸出方式可選，UART自動/受控、PWM受控、開關量TTL電平(3.3V)、RS485、IIC等(UART受控和PWM受控可支持超低休眠功耗，休眠功耗≤10uA);

　　?默認波特率為115200，可支持波特率修改;

　　?毫秒級響應時間，數據輸出時間最快可達13mS;

　　?單、雙角度可選，共支持4級角度等級設置，以適用不同應用場景;

　　?內置降噪功能，可支持5級降噪等級設置;

　　?智能聲波處理技術，內置智能算法過濾干擾聲波，能識別干擾聲波并自動執行過濾;

　　?整機防水設計，防水等級IP67;

　　?安裝適配性強，安裝方式簡便、穩固可靠;

　　?支持遠程固件升級;

　　3產品參數

　　(1)基本參數

　　(2)探測范圍

　　超聲波避障傳感器有雙角度版本選擇，當產品豎立安裝時，水平左右方向探測角度大，可以增大避障覆蓋范圍，垂直上下方向探測角度小，同時規避了行駛過程因路面不平導致誤觸發。

測量范圍示意圖

　　4超聲波避障傳感器技術方案

　　(1)硬件結構示意圖

　　(2)工作流程

　　a、傳感器上電為各電路供電。

　　b、處理器啟動自檢，保證各電路工作正常。

　　c、處理器自檢辨別環境是否存在超聲波同頻干擾信號，及時進行過濾處理異體聲波，當發現無法給到用戶正確距離值時，給出異常標志數據以防止出錯，然后跳到流程k

　　d、處理器發送指令給升壓激勵脈沖電路，根據角度和量程控制激勵強度。

　　e、超聲波探頭T工作后發射聲波信號。

　　f、超聲波探頭R工作后接收聲波信號。

　　g、微弱的聲波信號經信號放大電路進行放大，返回處理器

　　h、放大后的信號經整形后返回處理器，內置智能算法過濾干擾聲波技術，可以有效篩選出真目標。

　　i、溫度檢測電路，檢測外界環境溫度反饋給處理器。

　　j、處理器辨別回波返回的時間結合外界環境溫度進行溫度補償，算出距離值(s=v*t/2)。

　　k、處理器將算好的數據信號通過連接線傳送給客戶端，并返回a。

　　(3)干擾處理技術

　　超聲在機器人領域運用，會面對各種干擾源，如供電的電源噪聲、跌落、浪涌、瞬變等。機器人內部控制電路和電機的輻射干擾。超聲是以空氣為媒介工作的，當一臺機器人安裝多個超聲傳感器，多臺機器人同時相鄰工作時，空間同一時域內會有很多非本機的超聲信號，此時機器人之間的相互干擾會很嚴重。

　　針對這些干擾問題，傳感器內置了非常靈活的適配技術，可支持5級降噪等級設置，同頻干擾過濾可設置，量程和角度可設置，運用回波過濾算法，有較強的抗干擾能力。

　　經過電應普實驗室通過如下測試方式：使用4臺超聲波避障傳感器對沖測量，模擬多機工作環境，記錄數據，數據正確率達到98%以上。

　　抗干擾技術測試示意圖

　　(4)波束角可調

    可軟件配置傳感器波束角4個等級：40°、45°、55°、65°，滿足不同場景應用需求。

　　5超聲波避障傳感器技術方案

　　在機器人避障應用領域中，傳感器就相當于機器人的眼睛，機器人能否靈活快速運動很大程度取決于傳感器返回的測量信息，超聲波避障傳感器在同類型傳感器中，是一種低成本，低速行駛的可靠避障產品，產品在機器人四周安裝，與機器人控制中心進行通訊，根據機器人的運動方向啟動不同的測距傳感器進行距離探測，實現快速響應，按需檢測的要求，同時超聲波傳感器擁有的大FOV視場角有助于機器獲得更大的測量空間，從而覆蓋正前方所需探測區域。

   　6超聲波傳感器在機器人避障應用的方案亮點

　　?超聲波避障雷達FOV與深度攝像頭類似，成本約為深度攝像頭的20%;

　　?全量程毫米級精度分辨率，優于深度攝像頭;

　　?測試結果不受外界環境顏色、光線強度影響，透明材質障礙物可穩定檢測，如玻璃、透明塑料等;

　　?不受灰塵、污泥、霧氣、酸堿環境的干擾，高可靠性，省心，維護率低;

　　?體積小，巧滿足機器人外置和內嵌設計，可應用于多種場景的服務機器人，滿足客戶多樣性需求，降低成本。