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摘 要：自主机器车在运动过程中必须随时掌握环境的动态变化，使自身能完成相应的操作顺序，适应环境的改变。凡是自主机器车都需要借助传感器频繁地从内部和外部两个方面获取有用的信息。相应地，自主机器车的传感器就可以大致分为内传感器和外传感器两类。内传感器检测机器车自身的状态用于系统控制。外传感器检测环境信息，了解机器车与环境的相互关系。
关键词：自主机器车；传感器；应用
一、前言
在当今信息化时代发展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。传感器在自主式机器人中的应用也非常广泛。自主式机器人是机器人中的一种，自主式机器人的主要技术特点是基于多传感器信息融合的感知，自主的决策规划。
在一定意义上可以把传感器理解为相当于人的五官，人和动物靠感觉器官得到环境信息、自身内部的状况，然后传到大脑处理，形成手足运动的命令。而自主机器车则依靠传感器收集对象、环境信息以及自身内部的状况，再将信息传至计算机（或CPU），由计算机决定各个关节的动作命令。所以，传感器就相当于自主机器车的感觉器官。可见，传感器和传感器技术在自主机器人中应用的研究是非常重要。
二、自主机器车
（一）自主机器车的介绍
自主机器车是机器人中的一种，是智能机器人的一个重要分支；是以轮或履带移动的自主式机器人，故实名为自主机器车。自主机器车的主要技术特点是基于多传感器信息融合的感知，自主的决策规划。
（二）自主机器车的体系结构
自主机器车的体系结构如图1所示。
1、传感系统
自主机器车通过传感系统来获得外界环境信息，如图像、声音、障碍物距离、环境温度等等。日前在自主机器车中应用较多的是距离传感器，如超声波传感器、红外光电传感器等。
2、传感器信息处理系统
该系统的功能是对多种传感器获得的外界环境的各种信息进行融合、加工、协调，从而获得自主机器车的工作状态和外部环境的整体信息。
3、自主决策系统
这是自主机器车中最重要的一部分，自主机器车的智能程度的高低就决定于其自主决策系统的好坏。它的作用是对传感器处理系统分析得出的信息以及其它有用信息如环境地图信息、地标导引信息进行综合分析判断，以指引自主机器车运行。
4、监控系统
自主机器车作为实用工程系统，要做到完全自治是不可能的，特别是在作业环境极度复杂和任务完成效果要求甚高时，监控系统往往是必需的。监控系统的功能是对自主机器车的运行状态进行监视，在必要时可直接自主机器车的运行进行干预。
5、运动系统
运动系统是自主机器车的动作执行机构，目前自主机器车的运动系统主要有：
（1）履带式，主要用于负载比较大的情况，一些特殊机器人（如爬楼梯机器人）也采用履带式运动系统；
（2）轮式，是应用最为普遍的一种，又可分为万向轮式和三轮、四轮式等。
三、自主机器车传感器的选择
（一）选择依据
自主机器车对传感器的一般要求是：
1、精度高、重复性好。
自主机器车传感器的精度直接影响机器人的工作质量。用于检测和控制自主机器车运动的传感器是控制自主机器车定位精度的基础。
2、稳定性好，可靠高。
自主机器车传感器的稳定性和可靠性是保证自主机器车能够长期稳定可靠地工作的必要条件。自主机器车经常是在无人照管的条件下代替人工操作的，万一它在工作中出现故障，轻者影响生产的正常进行，重者造成严重的事故。
3、抗干扰能力强。
自主机器车传感器的工作环境往往是比较恶劣的，自主机器车传感器应当能够承受强电磁干扰、强振动，并能够在一定的高温、高压、高污染环境中正常工作。
4、质量轻、体积小、安装方便可靠。
对于安装在自主机器车手臂等运动部件上的传感器，质量要轻，否则会加大运动部件的惯性，影响自主机器车的运动性能。对于工作空间受到某种限制的自主机器车，对体积和安装方向的要求也是必不可少的。
（二）自主机器车的传感器
在运行过程中，自主机器车都需要借助传感器频繁地从内部和外部两个方面获取有用的信息。内传感器检测机器车自身的状态用于系统控制，完成机器人运动所必需的那些传感器，如限位开关、编码器、加速度计、方位角传感器等。外传感器是检测环境信息，了解机器车与环境的相互关系的一类传感器，它们取决于自主机器车所要完成的任务，常用的外部传感器有光电传感器、接近觉传感器、触觉传感器、视觉传感器、压力传感器等。以下将介绍几种常用传感器在自主机器车中的应用实例。
（一）光电式传感器
巡线传感器的种类和数量多种多样，具体采用何种传感器，需要结合实际情况加以考虑。
传感器初始工作时，光敏三极管处于截至状态，输出电压为高电平；当光敏三极管接收到光线时，光敏三极管导通，此时，输出电压为低电平。该传感器主要应用了绿白两种颜色对光的吸收能力的不同。即白光反射光线能力强，而绿色则能吸收大部分光线， 所以当传感器所面对的场地颜色为白色时，发射部分发射的光电信号较多的反射到接收部分的接收器上，从而产生信号的逻辑变化：输出信号由‘1’变为‘0’，供CPU进行逻辑判断；同样，当传感器所面对的场地颜色为绿色时，绿色吸收了由发光二极管所发射出来的大部分光线，光敏三极管处于截至状态，所以，传感器输出信号为高电平‘1’。
（二）超声波传感器
在机器车拿起物体前进的过程中，如果遇到桥板没有搭建好，机器人应该马上停止，否则会掉下桥去，这就要求传感器要有良好的快速性和准确性。考虑到场地的情况，因为桥板与地面的高度不同，所以，我们选择了超声波传感器，运用了超声波的测距原理。选择具体传感器时，要首先满足场地的探测范围，超声波传感器安装在距离地面15cm的高度，超声波主要是要探测桥板的有无，桥板的高度有10cm，这样总的高度达到25cm，当超声波的探测距离大于20cm时，我们让有效信号传送到单片机。
（三）机器车传感器的安装位置
传感器的安装位置直接影响到整个机器车的性能，机器车是否能够可靠有效的沿着路线行走，以及是否能够准确可靠的探测到物体，与传感器的安装位置有极大的关系。合理的安装如图2所示。
图4传感器的安装位置（俯视图）
根据环境的不同，我们可把机器人的传感器系统分为两个部分，即固定环境部分和不定环境部分。
1、固定环境探测部分：固定环境探测部分也就是巡线（探底）部分。固定环境指的是场地。如巡线传感器是用了一组光电传感器，用以保持机器人沿着白线行走。
2、不固定探测环境部分：不固定环境探测部分也就是测距部分。这部分环境信息可能是在变化的，对传感器的要求也相对较高，如探测距离，范围，摆放位置等。
四、结束语
以上介绍了一些传感器在自主机器车中的应用，在实际选用中，应当根据被测物理量在种类精度、带宽、价格等方面的要求来考虑选择传感器的最佳方案。有时也需要自己开发简单的传感器，或做一些接口电路板与现成的传感器产品匹配，以便更适合机载控制系统对传感信号进行处理。
参考文献
[1] 宗光华.机器人的创意设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[2] 张铁，谢存禧.机器人学[M].广州：华南理工大学出版社，2001.
[3] 高晓蓉.传感器技术[M].成都：西南交通大学出版社，2003.
关键词：自主机器车；传感器；应用
一、前言
在当今信息化时代发展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。传感器在自主式机器人中的应用也非常广泛。自主式机器人是机器人中的一种，自主式机器人的主要技术特点是基于多传感器信息融合的感知，自主的决策规划。
在一定意义上可以把传感器理解为相当于人的五官，人和动物靠感觉器官得到环境信息、自身内部的状况，然后传到大脑处理，形成手足运动的命令。而自主机器车则依靠传感器收集对象、环境信息以及自身内部的状况，再将信息传至计算机（或CPU），由计算机决定各个关节的动作命令。所以，传感器就相当于自主机器车的感觉器官。可见，传感器和传感器技术在自主机器人中应用的研究是非常重要。
二、自主机器车
（一）自主机器车的介绍
自主机器车是机器人中的一种，是智能机器人的一个重要分支；是以轮或履带移动的自主式机器人，故实名为自主机器车。自主机器车的主要技术特点是基于多传感器信息融合的感知，自主的决策规划。
（二）自主机器车的体系结构
自主机器车的体系结构如图1所示。
1、传感系统
自主机器车通过传感系统来获得外界环境信息，如图像、声音、障碍物距离、环境温度等等。日前在自主机器车中应用较多的是距离传感器，如超声波传感器、红外光电传感器等。
2、传感器信息处理系统
该系统的功能是对多种传感器获得的外界环境的各种信息进行融合、加工、协调，从而获得自主机器车的工作状态和外部环境的整体信息。
3、自主决策系统
这是自主机器车中最重要的一部分，自主机器车的智能程度的高低就决定于其自主决策系统的好坏。它的作用是对传感器处理系统分析得出的信息以及其它有用信息如环境地图信息、地标导引信息进行综合分析判断，以指引自主机器车运行。
4、监控系统
自主机器车作为实用工程系统，要做到完全自治是不可能的，特别是在作业环境极度复杂和任务完成效果要求甚高时，监控系统往往是必需的。监控系统的功能是对自主机器车的运行状态进行监视，在必要时可直接自主机器车的运行进行干预。
5、运动系统
运动系统是自主机器车的动作执行机构，目前自主机器车的运动系统主要有：
（1）履带式，主要用于负载比较大的情况，一些特殊机器人（如爬楼梯机器人）也采用履带式运动系统；
（2）轮式，是应用最为普遍的一种，又可分为万向轮式和三轮、四轮式等。
三、自主机器车传感器的选择
（一）选择依据
自主机器车对传感器的一般要求是：
1、精度高、重复性好。
自主机器车传感器的精度直接影响机器人的工作质量。用于检测和控制自主机器车运动的传感器是控制自主机器车定位精度的基础。
2、稳定性好，可靠高。
自主机器车传感器的稳定性和可靠性是保证自主机器车能够长期稳定可靠地工作的必要条件。自主机器车经常是在无人照管的条件下代替人工操作的，万一它在工作中出现故障，轻者影响生产的正常进行，重者造成严重的事故。
3、抗干扰能力强。
自主机器车传感器的工作环境往往是比较恶劣的，自主机器车传感器应当能够承受强电磁干扰、强振动，并能够在一定的高温、高压、高污染环境中正常工作。
4、质量轻、体积小、安装方便可靠。
对于安装在自主机器车手臂等运动部件上的传感器，质量要轻，否则会加大运动部件的惯性，影响自主机器车的运动性能。对于工作空间受到某种限制的自主机器车，对体积和安装方向的要求也是必不可少的。
（二）自主机器车的传感器
在运行过程中，自主机器车都需要借助传感器频繁地从内部和外部两个方面获取有用的信息。内传感器检测机器车自身的状态用于系统控制，完成机器人运动所必需的那些传感器，如限位开关、编码器、加速度计、方位角传感器等。外传感器是检测环境信息，了解机器车与环境的相互关系的一类传感器，它们取决于自主机器车所要完成的任务，常用的外部传感器有光电传感器、接近觉传感器、触觉传感器、视觉传感器、压力传感器等。以下将介绍几种常用传感器在自主机器车中的应用实例。
（一）光电式传感器
巡线传感器的种类和数量多种多样，具体采用何种传感器，需要结合实际情况加以考虑。
传感器初始工作时，光敏三极管处于截至状态，输出电压为高电平；当光敏三极管接收到光线时，光敏三极管导通，此时，输出电压为低电平。该传感器主要应用了绿白两种颜色对光的吸收能力的不同。即白光反射光线能力强，而绿色则能吸收大部分光线， 所以当传感器所面对的场地颜色为白色时，发射部分发射的光电信号较多的反射到接收部分的接收器上，从而产生信号的逻辑变化：输出信号由‘1’变为‘0’，供CPU进行逻辑判断；同样，当传感器所面对的场地颜色为绿色时，绿色吸收了由发光二极管所发射出来的大部分光线，光敏三极管处于截至状态，所以，传感器输出信号为高电平‘1’。
（二）超声波传感器
在机器车拿起物体前进的过程中，如果遇到桥板没有搭建好，机器人应该马上停止，否则会掉下桥去，这就要求传感器要有良好的快速性和准确性。考虑到场地的情况，因为桥板与地面的高度不同，所以，我们选择了超声波传感器，运用了超声波的测距原理。选择具体传感器时，要首先满足场地的探测范围，超声波传感器安装在距离地面15cm的高度，超声波主要是要探测桥板的有无，桥板的高度有10cm，这样总的高度达到25cm，当超声波的探测距离大于20cm时，我们让有效信号传送到单片机。
（三）机器车传感器的安装位置
传感器的安装位置直接影响到整个机器车的性能，机器车是否能够可靠有效的沿着路线行走，以及是否能够准确可靠的探测到物体，与传感器的安装位置有极大的关系。合理的安装如图2所示。
图4传感器的安装位置（俯视图）
根据环境的不同，我们可把机器人的传感器系统分为两个部分，即固定环境部分和不定环境部分。
1、固定环境探测部分：固定环境探测部分也就是巡线（探底）部分。固定环境指的是场地。如巡线传感器是用了一组光电传感器，用以保持机器人沿着白线行走。
2、不固定探测环境部分：不固定环境探测部分也就是测距部分。这部分环境信息可能是在变化的，对传感器的要求也相对较高，如探测距离，范围，摆放位置等。
四、结束语
以上介绍了一些传感器在自主机器车中的应用，在实际选用中，应当根据被测物理量在种类精度、带宽、价格等方面的要求来考虑选择传感器的最佳方案。有时也需要自己开发简单的传感器，或做一些接口电路板与现成的传感器产品匹配，以便更适合机载控制系统对传感信号进行处理。
参考文献
[1] 宗光华.机器人的创意设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[2] 张铁，谢存禧.机器人学[M].广州：华南理工大学出版社，2001.
[3] 高晓蓉.传感器技术[M].成都：西南交通大学出版社，2003.