基于声纳环传感器的机器人避障研究

段丙涛，杨 平，翟志敏

（电子科技大学机械电子工程学院，四川成都 611731）

0 引言

经过近几十年的研究与探索，移动机器人避障算法已初具规模，主要包括人工势场法、栅格建模法、遗传算法、快速随机树搜索等［1］。虽然这些能比较好地在一些良好环境下工作，但也存在一些问题，比如:避障比较缓慢、适应环境能力弱、存在避障盲区等。

在未知环境中，机器人必须通过传感器获取外界环境信息，以指导其行为，否则，机器人只能盲目在未知环境中移动，传感器是自主机器人获得环境信息的重要部件，因此，设计与实现一种性能优良的传感器系统也就成为自主机器人的重要课题之一［2］。目前，移动机器人采用的测距传感器主要包括声纳、红外和激光测距系统。相比而言，声纳测距在近距离范围内有不受外界光线影响、结构简单、成本低等优点，也因此在高性能自主移动机器人上获得了广泛应用［3，4］。

一般来说，超声波发生器可分为两大类:电气方式产生超声波、机械方式产生超声波。电气方式包括压电式、磁致伸缩型和电动型;机械方式有加尔统笛、液硝和气流旋笛等［5］。它们所产生的超声波频率、和声波特性各不相同，因为用途也不一样，目前较为常用的是压电式超声波发生器。

1 超声波测距基本原理

常用的超声波传感器大都采用圆片换能器作为信号源。圆片换能器发出的超声波不是一条直线，而是有一定的方向性开角。由图1可知，换能器所发出的能量主要集中在主瓣部分，而副瓣部分的能量非常少，因此，换能器发出的超声波就有了方向性。……