廖若峰

摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷進步，給人類的生活帶來了許多便利。如今關(guān)于機器人的控制研究也越來越多，使用的控制技術(shù)也越來越先進。在機器人工作過程中，需要模擬人體對外界環(huán)境信息進行獲取，然后對這些信息進行處理并執(zhí)行相應的指令。激光傳感器能夠在機器人捕捉信息中發(fā)揮更大的作用，本文將對基于激光傳感器的機器人目標跟蹤方法進行說明。

關(guān)鍵詞：激光傳感器；機器人；目標跟蹤方法

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0332-01

近些年對機器人的研究力度不斷加大，如今已經(jīng)有很多機器人實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，給工作和生活帶來了極大的改變。移動機器人已經(jīng)在一些人工智能、工業(yè)自動化控制中發(fā)揮越來越大的作用。機器人需要將運動控制、環(huán)境感知等多方面因素實現(xiàn)精確控制，才能夠完成預期目標，因此已經(jīng)有越來越多的科研工作者投入到對機器人的運動控制以及環(huán)境感知這些功能研究中。

1 激光傳感器目標定位方法

在對機器人進行控制中，需要實現(xiàn)對機器人空間位置的實時定位。其中激光傳感器就是一種比較先進的目標定位方式，在此種控制方法中，需要將一個高速旋轉(zhuǎn)的反光鏡進行光線反射的控制，機器人是向前方發(fā)出激光的，將這個激光反射到前方不同的角度，就能夠通過這些信息得到該激光能夠覆蓋的弧形面積的二維平面信息。在此過程中，就需要將所發(fā)出去的激光使用激光傳感器進行接收。因此激光在發(fā)出去之后經(jīng)過的路徑以及距離不同，因此在每一次激光發(fā)出與對應的接收時間都是存在差異的，根據(jù)激光在該介質(zhì)中傳輸?shù)乃俾示涂梢杂嬎愠黾す饨?jīng)過的目標和機器人之間的實際距離，并且還可以通過對激光反射角度來對該物體與機器人之間的位置分布進行計算。在運動目標跟蹤中，需要使用跟蹤算法。在本文的研究中，將距離機器人最近的目標作為實驗跟蹤目標。

2 運動目標跟蹤方法

2.1 三種跟蹤策略

目前在機器人對運動目標進行跟蹤時，有三種跟蹤策略，每種策略都具有自身獨特的優(yōu)勢。第一種跟蹤策略就是直線跟蹤策略，需要機器人在運動中先加速，然后勻速行駛，最后再減速，精確到達目的地。這種運動方式中，機器人的速度突變比較小，承擔機器人運動的主要部件——電機和齒輪就能夠受到更小的沖擊力，減小對運動部件的傷害，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑跟蹤。第二種跟蹤策略就是旋轉(zhuǎn)跟蹤策略，為了實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)，就需要讓機器人左右兩邊的運動輪產(chǎn)生不一定的驅(qū)動力，因此就需要使用兩個不同的電機，通過對這兩個電機輸出轉(zhuǎn)矩的不同設置來實現(xiàn)對左右輪速度的控制。一般來說，如果左輪的速度大于右輪，那么機器人會向右邊偏轉(zhuǎn)，通過對左右輪速度的差值控制實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)跟蹤的精確控制。在這種控制策略中由于涉及到兩個電機同時控制，因此加大了控制難度。第三種就是基于柵格的目標跟蹤策略，這種控制策略不僅僅需要面對直線運動以及圓形軌跡，還需要面對任意方向運動時的目標。需要機器人能夠?qū)崿F(xiàn)實時對目標和自身的位置以及方位的計算以及更新，以此來通過算法計算跟蹤運動路徑。在使用柵格法時，通過機器人實時對前方發(fā)送激光，然后通過對反射回來的激光信號進行分析，將一片輻射狀的二維平面信息呈現(xiàn)出來。使用柵格法就是將這個二維平面信息進行劃分，然后按照劃分的柵格區(qū)域設計跟蹤方案。

2.2 算法控制描述

在使用激光傳感器進行控制時，首先就應當對目標和機器人之間的距離和方位進行計算，然后將這兩個信息和提前劃分好的區(qū)域之間進行對比分析，以此來對目標的實際位置進行控制。最后就是通過控制算法得到機器人左輪和右輪的速度給定，并且通過對電機的驅(qū)動來實現(xiàn)機器人的運動控制。采用“基速度+速度差”跟蹤策略。機器人運動的線速度是和左輪和右輪的實際運動速度有關(guān)，并且左輪和右輪的速度差值需要精確設定，該差值就構(gòu)成了機器人的運動角速度。在實際控制過程中，當判定目標和機器人之間的距離比較大，就應當要適當增大線速度。假如目標和機器人正前方之間的夾角比較大時，就應當要增加左輪和右輪之間的速度差，使得角速度增加，這樣就能夠更快接近目標?！盎俣?速度差”跟蹤策略指的是以機器人的其中一個輪子的速度為基速度，假如以左輪為基速度，那么在選擇右輪的速度給定時，可以將右輪的速度設定為左輪速度+速度差，因此在實際控制過程中更加便捷。在確定基速度時，需要按照激光傳感器得到的距離和方位角信號進行計算，距離信息和控制速度實現(xiàn)正比例計算，然后以此作為基速度確定的來源，然后按照方位信息和控制角信號推算速度差。一般來說，需要設置一個安全距離，當機器人和目標之間的距離在安全距離之內(nèi)時，就應當要減速，避免出現(xiàn)機器人和目標之間的碰撞而損壞機器人構(gòu)件的情況。假如在安全距離之外時，應當要對方位角進行判斷，當方位角小于80°時，設置為右轉(zhuǎn)，也就是需要將機器人右輪的速度設置為基速度，通過“基速度+速度差”跟蹤策略來確定機器人左輪的速度。但是如果判斷方位角大于100°時，基速度就變成了左輪的速度，并且相應的確定右輪的速度。假如方位角在80～100°之間，機器人需要向前直行。

3 結(jié) 語

當前對機器人控制研究越來越多，也取得了許多進展。其中基于激光傳感器的機器人目標跟蹤控制就是十分先進的控制方式，對目標和機器人之間的距離和位置角的計算，使用柵格法進行區(qū)域劃分，計算出相應的控制線速度和角速度。使用“基速度+速度差”跟蹤策略是一個具有許多優(yōu)勢的方式，能夠使得線速度和角速度的變化更加平滑，避免速度突變對電機和齒輪造成過大的負擔，引起結(jié)構(gòu)損壞。

參考文獻

[1]吳艷玲，唐穗欣.激光傳感器的機器人運動控制研究[J].激光雜志，2017，38（01）：127～130.

[2]徐 進，帥立國.激光傳感器和視覺傳感器的機器人障礙物檢測[J].激光雜志，2016，37（05）：56～59.

[3]張 鐵，李 波，鄒焱飚.基于條紋式激光傳感器與機器人的掃描成像系統(tǒng)[J].紅外與激光工程，2015，44（01）：53～58.

[4]任春明，張建勛.基于激光傳感器的機器人地圖構(gòu)建方法[J].光電工程，2008（08）：83～87.

收稿日期：2018-9-10