Система ориентации робота

Сердечный Александр Петрович,
участник проектной группы

Рис.1 База: фиксирует расстояние (B) между микрофонами 3 и 5 и положение излучателя 4.

Определение локализации робота

Микрофоны 3 и 5, излучатель импульсного сигнала 7, генератор синхроимпульсов 2 и приёмник синхроимпульсов 9.

Генератор синхроимпульсов (2) излучает импульсный сигнал на несущей радиочастоте с периодичностью, зависящей от операционного пространства робота. Для 10 м частота импульсов должна быть не более 30 гц.

В момент приёма синхроимпульса излучатель импульсного сигнала (7) излучает пачку ультразвуковых колебаний (не менее 10 периодов).

Приёмники ультразвука (3 и 5) фиксируют времена (T1 и T2) приёма пачки колебаний от момента подачи синхроимпульса.

По этим временам определяются расстояния L1 и L2, что позволяет определить координаты робота относительно базы B.

На рис.2 коричневым показана излучаемая пачка ультразвуковых колебаний, а синим - электрический сигнал с микрофонного усилителя.

Рис.2

Таким образом, Генератор синхроимпульсов (2) излучает радиосигнал длительности равной длительности пачки ультразвуковых колебаний. Излучатель импульсного сигнала (7) генерирует ультразвук га протяжении всего этого радиоимпульса. Отсчёт времени сигнала с микрофонов 3 и 5 начинается с заднего фронта импульса радиосигнала. Фиксация времени сигнала с микрофонов происходит в момент заднего импульса детектора приёмников. Чтобы привести зафиксированную длительность к середине принятого сигнала от пачки импульсов, с начала переднего фронта принятого сигнала, учитывается лишь каждый второй импульс тактовой частоты таймера. Сигнал на выходе микрофонного усилителя нарастает и спадает постепенно вследствие применения узкополосного фильтра, настроенного на несущую частоту излучателя. См. http://www.ampersant.ru/ultra/

Определение ориентации робота

Излучатель модулированного сигнала 4, микрофоны 6 и 8. Чтобы не создавать взаимных помех, несущая частота источника 4 должна отличаться от несущей частоты излучателя 7.

Излучатель генерирует модулированный ультразвук с (красный или синий график) с огибающей с частотой модуляции 0,75 - 1 кгц (коричневая или голубая кривые).

Расстояние между микрофонами 6 и 8 должно быть равно половине длины волны частоты модуляции, т.е. 20 - 15 см.

Рис.3

Из-за того, что микрофоны находятся на разном расстоянии от источника 4, принимаемые ими сигналы будут красный для микрофона 6 и синий для 8. После детектирования получим два сигнала с частотой модуляции, но со сдвигом по фазе. Фазовый детектор позволит определить разность фаз и соответственно угол поворота оси робота от направления на источник 4.

При известной точке локализации робота можно вычислить его абсолютную ориентацию.

Достоинства данной системы ориентации

• Для локации не используются эхосигналы, что позволяет отсеивать их порогом срабатывания, тем более, что все эхосигналы ожидаются от ближайшего окружения.
• Система ориентации непрерывно выдаёт информацию об отклонениях движения от заданного направления, что позволяет использовать её для выполнения поворотов и управления колёсами.
• Нигде не используются сервоприводы и поворотные механизмы, что повышает быстродействие и надёжность систем ориентации.

Развороты

Рис.4