在障碍物检测中最小位置不确定性的最佳重叠的超声波传感器环的设计.docxVIP

在障碍物检测中最小位置不确定性的最佳重叠的超声波传感器环的设计摘要：本文提出了一个圆阵超声最佳重叠安排最小的障碍物检测中的位置不确定性的传感器。首先，它显示，三个相邻的超声波传感器中的束重叠导致位置不确定性的显著减少。第二，重叠的超声波传感器环的位置不确定性是和一个比较单一的，在一个无碰撞的区域且有障碍的超声波传感器相比较的。第三，优化设计指数比被定义为最接近的区域之间的非重叠和重叠搭接超声波传感器环感应子区。第四，使用商用低方向性的超声波传感器，优化过度重叠的超声波传感器环是根据移动机器人的原型安装在它的上部的。最后，给出了实验结果显示了我们重叠的超声波传感器环原型的有效性和性能。关键词：障碍物检测，优化设计，位置的不确定性，超声波传感器环。自主移动机器人用于典型的传感器地图建设和障碍物检测包括超声波传感器，如摄像机，红外传感器，激光扫描仪。超声波传感器比其他传感器的优点是对数据处理的计算简单，对照明条件不敏感，和其工作的低成本。在20世纪80年代中期，超声波传感器成功地在相机上测试，这刺激了全球范围内使用超声波传感器的自主移动机器人。一个安装在移动机器人上的超声波传感器大多使用反射模式，而不是直接波模式。一旦发射器发出的声波，超声波传感器可以通过所用的时间测量障碍物的距离，直到被接收器检测到反射波。虽然在沿与障碍物的距离半径的弧上的某点应该存在的障碍，但电弧检测到的障碍物上的确切位置仍然不明。这就是所谓的超声波传感器的固有位置的不确定性。对于全方位的障碍物检测，可以沿着移动机器人的一个侧面安装一套超声波传感器。具有高指向性的超声波传感器，超声波传感器的数量会变得非常大。然而，障碍检测中的位置不确定性实际上是可以接受的。高指向性的超声波传感器可能适合于先进的移动机器人。另一方面，低的超声波传感器所需超声波传感器的数量可能相对较小。然而，在这种情况下的位置不确定性的问题变得严重。低方向性超声波传感器可能适合低端的个人移动机器人。在本文中，我们提出了位置不确定性最小重叠的超声波传感器的最佳循环安排。本文组织如下：第2节重叠的光束模式导致位置不确定性的显着减少；第3节分析了一个无碰撞的地区重叠的超声波传感器环的位置不确定性；第4节提出重叠的超声波传感器的优化设计指数之间的非重叠和重叠的传感子区面积接近；5节给出了根据重叠超声波传感器环的原型的优化设计。在第6节给出一些利用超声波传感器环原型得出的结果；最后，在第7节得出结论。 2重叠光斑假设有N个超声波传感器排列在其光束重叠的圆圈内。图1显示三个相邻的超声波传感器，Sn，S1，和S2，分别位于左侧，中间，右侧。Alpha利用光束重叠，整个检测中心超声波传感器S1区可分为三个感应亚区，分别表示为I，II和III。让我们考虑使用三个重叠超声波传感器SN，S1的和S2对单一的障碍进行检测。图.1，一个单独的障碍，用P表示，被描绘成一个大点。用ρN，ρ1，ρ2是和障碍的距离，分别从SN，S1，和S2测量。表1根据P的三个传感亚区，I，II和III之间的位置显示了三个超声波传感器测量距离。从表1可见，三个超声波传感器的组合反馈了有限的测量距离的变化取决于障碍p属于什么地方。这意味着， P所属的感应子区，可被基于超声波传感器检测的相结合所决定。参考表1，可以根据P是在I，II和III中作出决定。例如，如果左边的两个超声波传感器，SN和S1，回报有限的测量距离，如图.1（C），P被认为是目前在I中。接下来，让我们考虑两个障碍检测用三个重叠的超声波传感器，如图2所示。请注意，可以被两个相邻的超声波传感器检测到的障碍至多有两个。假设一个障碍，由PF表示，是远，另一个障碍，用Pn表示，是近。正如图所示。2，目前障碍的远及近有六个不同的情况。让ρF，我和ρN，i（ρF，i），i=1，2，表示和障碍的距离，PF和Pn，分别被三个超声波传感器，SN，S1，和S2测量。表2显示三个超声波传感器SN，S1和S2测量距离的方式，是根据障碍PF和Pn的相对位置的远及近。根据表2，可依据 PF和PN是出现在检测子区I，II和III之间的哪个做出决定。例如，如果左边的超声波传感器的SN返回一个比其他两个超声波传感器S1和S2较大的值，如图2（A）所示。这是说，PF是目前在I区和Pn是目前在III区。它指出，束重叠可导致对一个或两个障碍物位置检测的不确定性的显著减少。3位置不确定性的减少每个超声波传感器环的超声波传感器返回的和障碍的距离，是根据和超声波传感器的顶点的联系测量的。障碍物的检测和回避，首先应该得到超声波传感器环中心与障碍物的距离。在本节中，我们分析，在与障碍物相撞的一个地区，一个超声波传感器环的位置不确定性。3.1单个超声波传感器让我们考虑在一个单一的超声波传感器