移动机器人原理与设计-第六章移动机器人感知
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红外传感器
➢ HS0038 （红外接收管）
HS0038只是一个红外接源自文库管，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 。
可实现移动机器人的移动测距。
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（OＶ7620）
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１0为双通道ＡD转换器，输出８位图像数据； •5V电源供电； •工作时功耗<120mW，待机时功耗<10mW; •扫描方式：逐行/隔行扫描; •信噪比: >48dB；
摄像头与单片机连接电路
Yn 6——14（摄像头） VSYNC 16（摄像头） HREF 15（摄像头） 信号; DGND 17（摄像头） DVDD 19（摄像头）
为数据输出； 垂直同步信号/复合信号; 水平参考输出/垂直帧同步
信号地; +5V电源;
6.2 不确定性表示
误差的统计表示
f(x)12exp((x22)2)
高斯分布图
误差的传播
Y jfj(X 1 ...X m ),j 1 ,2 ,...m
误差传播示意图
一维误差非线性传播问题
CY FXCXFXT
•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：
f1 X 1
L
f1
X
m
FX f M L M
超声波换能器外形图
➢超声波测距模块DYP-ME007
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
模块外形图
•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
ST188实物图
ST188封装及内部示意图
VCC R1 120R
U1
ST188
VCC
VCC
7
1
2 R2 10K
U2A 8
LM324
P or t
D1 LED
6
R3 VCC
1K
1 R4A
16
10K
ST188应用电路图
2
R5 RES2
超声波传感器
➢压电陶瓷超声波换能器（UCM—T40K1，UCM—R40K1）
Sdi2(cos()r)2
i1
i1
分别对各个参数求一阶偏导：
i
S
0
S
0
r
选择权值：
i
1
2 i
性能指标函数化为：
n
n
S idi2 i(cos()r)2
i1
i1
加权最小平方意义下的解为：
n
ii2sin2i
2
1 2arctanii n 11ii2cos2i
i
1
i
ijijcosisinj
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
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
fn
L
fn
X 1 X m
6.3 特征提取
基于距离数据的特征提取
直线特征的提取为例
di
为：
直线方程如下：
直线特征提取示意图
c o s c o s s i n s i n r c o s ( ) r 0
点与直线之间的正交距离：
di icos(i)r
选取的性能指标函数：
n
n
ijijcos(i j)
n
i i co s( i )
r i1
n
i
i1
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？
➢ HS0038 （红外接收管）
HS0038只是一个红外接源自文库管，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 。
可实现移动机器人的移动测距。
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（OＶ7620）
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１0为双通道ＡD转换器，输出８位图像数据； •5V电源供电； •工作时功耗<120mW，待机时功耗<10mW; •扫描方式：逐行/隔行扫描; •信噪比: >48dB；
摄像头与单片机连接电路
Yn 6——14（摄像头） VSYNC 16（摄像头） HREF 15（摄像头） 信号; DGND 17（摄像头） DVDD 19（摄像头）
为数据输出； 垂直同步信号/复合信号; 水平参考输出/垂直帧同步
信号地; +5V电源;
6.2 不确定性表示
误差的统计表示
f(x)12exp((x22)2)
高斯分布图
误差的传播
Y jfj(X 1 ...X m ),j 1 ,2 ,...m
误差传播示意图
一维误差非线性传播问题
CY FXCXFXT
•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：
f1 X 1
L
f1
X
m
FX f M L M
超声波换能器外形图
➢超声波测距模块DYP-ME007
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
模块外形图
•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
ST188实物图
ST188封装及内部示意图
VCC R1 120R
U1
ST188
VCC
VCC
7
1
2 R2 10K
U2A 8
LM324
P or t
D1 LED
6
R3 VCC
1K
1 R4A
16
10K
ST188应用电路图
2
R5 RES2
超声波传感器
➢压电陶瓷超声波换能器（UCM—T40K1，UCM—R40K1）
Sdi2(cos()r)2
i1
i1
分别对各个参数求一阶偏导：
i
S
0
S
0
r
选择权值：
i
1
2 i
性能指标函数化为：
n
n
S idi2 i(cos()r)2
i1
i1
加权最小平方意义下的解为：
n
ii2sin2i
2
1 2arctanii n 11ii2cos2i
i
1
i
ijijcosisinj
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
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
fn
L
fn
X 1 X m
6.3 特征提取
基于距离数据的特征提取
直线特征的提取为例
di
为：
直线方程如下：
直线特征提取示意图
c o s c o s s i n s i n r c o s ( ) r 0
点与直线之间的正交距离：
di icos(i)r
选取的性能指标函数：
n
n
ijijcos(i j)
n
i i co s( i )
r i1
n
i
i1
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？