《移动机器人原理与设计》第六章移动机器人感知

高斯分佈圖
誤差的傳播
Yj f j ( X1...X m ), j 1, 2,...m
誤差傳播示意圖
一維誤差非線性傳播問題
CY FX CX F
f1 其中： X 1 FX f f n X 1
T X
•Cx表示輸入不確定性的協方差矩陣， •CY表示輸出不確定性的協方差矩陣， •Fx表示系統的雅可比矩陣
ST188實物圖
ST188封裝及內部示意圖
ST188應用電路圖
超聲波感測器
壓電陶瓷超聲波換能器（UCM—T40K1，UCM—R40K1）
超聲波換能器外形圖
超聲波測距模組DYP-ME007
特點：工作電壓：DC5V 靜態電流：小於2mA 電平輸出：5V（接收到回波時） ，0V 感應角度：不大於15度 感應距離：4cm--5m 精度：0.3cm
S i di2 i ( cos( Biblioteka Baidu ) r )2
i 1 i 1
n
n
加權最小平方意義下的解為：
2 n 2 sin 2 i i i i 1 1 i arctan n 1 2 2 cos 2 i i i i 1 i
i j i j cosi sin j
i j i j cos(i j )

r
cos(
i 1 i i
n
i
)

i 1
n
i
基於可視表像的特徵提取
空間局部特徵提取方法 全圖像特徵提取方法
習題：
1.試給出移動機器人感測器的分類方法，並舉例說明。 2.什麼是模擬攝像頭？什麼是數字攝像頭？兩者的區別是什麼？ 3.試給出CMOS攝像頭和CCD攝像頭的優缺點，在實際應用中 應如何選擇？ 4.什麼是特徵提取？在移動機器人學中，特徵提取有哪些方法？ 5.試簡述超聲波感測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於巡線機器人的設計，在實際 應用中，如何提高系統對環境的適應性？
di i cos(i ) r
選取的性能指標函數：
S di2 ( cos( ) r )2
i 1 i 1
n
n
分別對各個參數求一階偏導：
i
S 0 S 0 r
選擇權值：
i 1 2 i
性能指標函數化為：
圖像感測器（攝像頭）
CCD和CMOS感測器 圖像的採集及處理 ：行、場，隔行掃描等基本 概念；兩個重要概念：有效像素、解析度 CMOS數字攝像頭（OＶ7620） 主要技術參數 •1/3英寸數字式CMOS圖像感測器; •有效像素: 664(水準方向)×492（垂直方向）； •內置１0為雙通道ＡD轉換器，輸出８位圖像數據； •5V電源供電； •工作時功耗<120mW，待機時功耗<10mW; •掃描方式：逐行/隔行掃描; •信噪比: >48dB；
攝像頭與單片機連接電路
Yn 6——14（攝像頭） VSYNC 16（攝像頭） HREF 15（攝像頭） 信號; DGND 17（攝像頭） DVDD 19（攝像頭）
為數據輸出； 垂直同步信號/複合信號; 水準參考輸出/垂直幀同步 信號地; +5V電源;
6.2 不確定性表示
誤差的統計表示
1 ( x )2 f ( x) exp( ) 2 2 2
f1 X m f n X m
6.3 特徵提取
基於距離數據的特徵提取
直線特徵的提取為例
di
為：
直線方程如下：
直線特徵提取示意圖
cos cos sin sin r cos( ) r 0
點與直線之間的正交距離：
紅外感測器
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射管配對使用， 另外，紅外接收管和紅外發射管有兩 種裝配方式，即對射式和反射式。
HS0038管腳封裝圖
紅外發射管發射電路
HS0038接收電路
ST188 特點： 採用高發射功率 紅外二極體和高 靈敏度光電晶體 管組成。檢測距 離可調整範圍大， 4--13 mm可用。 採用非接觸方式 。
第六章 移動機器人感知
• 移動機器人的感測器 • 不確定性的表示 • 特徵提取
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6.1 移動機器人的感測器
感測器的分類
根據感測器所採集內容的不同 內部感測器：如用於角度測量的角度感測器 外部感測器 ：如光強感測器 根據實現測量的方法的不同 主動感測器：如紅外感測器 被動感測器：如攝像頭
模組外形圖
•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：本模組輸出方式為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計時， 當此口變為低電平時就可以讀定時器的值，定時器的值就為 此次測距的時間，由於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，如此週期性地測量方 可實現移動機器人的移動測距。