biến siêu âm:
a. Hiện tượng Forcasting:
Hiện tượng forcasting là hiện tượng phản xạ góc sai lệch của cảm biến. Do nguyên lý TOF , để có khoảng cách đúng, cảm biến siêu âm phải hướng vuông góc bề mặt vật cần đo. Tuy nhiên các vật cản không bao giờ là phẳng, mịn nên tia phản xạ có thể
không tương ứng với góc tới. Các chùm tia phản xạ này có năng lượng phản xạ thấp hơn. Tuy vậy ở một khoảng cách nào đó cảm biến siêu âm vẫn có thể ghi nhận được
Chương 3 Cảm biến dùng trong robot tự hành
——————————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 44
những tín hiệu phản xạ này. Kết quả thông sốđọc về của cảm biến siêu âm bị lệch đo góc mở cảm biến lớn.
Hình 4.16 : Sự phản xạ sóng siêu âm trên bề mặt vật liệu
Hình 4.17 : Hiện tượng forcasting
b. Hiện tượng Crosstalk
Hiện tượng đọc chéo (crosstalk) là cảm biến siêu âm này ghi nhận tín hiệu phản xạ
hoặc trực tiếp từ cảm biến siêu âm khác, hoặc sau quá trình sóng siêu âm truyền đi và phản xạ qua các bề mặt quay lại cảm biến không mong muốn.
Hiện tượng đọc chéo có thể phân biệt thành 2 loại chính:
§ Lọai 1 là hiện tượng nhiều robot hoạt động trong cùng một môi trường và cảm biến siêu âm này ghi tín hiệu của cảm biến siêu âm kia trực tiếp hoặc gián tiếp
§ Loại 2 là cảm biến siêu âm này ghi giá trị của cảm biến siêu âm kia trên cùng một robot.
Chương 3 Cảm biến dùng trong robot tự hành
——————————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 45
Đối với hiện tượng đọc chéo lọai 1, sai số gây ra là ngẫu nhiên, không dựđoán trước
được. Tuy nhiên vì tính ngẫu nhiên, việc xử lý nhiễu trở nên dể dàng hơn. Trong khi đó tín hiệu sai khi 2 cảm biến gắn trên cùng 1 robot và gặp một chướng ngại vật có khả
năng gây ra hiện tượng đọc chéo thì dường như các kết quả ghi nhận sẽ khiến cho cảm biến nhận không thể nào phân biệt đâu là nhiễu, đâu là do bản thân nó phát ra.
Ta định nghĩa đường đọc chéo là đường xuất phát từ cảm biến này nhưng sóng phản xạ
lại đến cảm biến khác. Cảm biến phát gọi là x, cảm biến nhận gọi là y.
Hình (3.13) mô tả hiện tượng đọc chéo của cảm biến siêu âm. Trong hình (a), một
đường đọc chéo trực tiếp xuất hiện robot đứng gần một bức tường đơn. Do tính đối
xứng của chùm sóng phát ra nên có tới hai cảm biến y. Nếu cảm biến y nào phát sóng
ngay sau cảm biến x thì trong khi chờ nhận được sóng phản xạ từ chính nó, nó có thể
nhận sóng phản xạ của cảm biến x. Do đó sẽ có sai số khi đọc tùy vào điều kiện môi trường.
Vấn đề sẽ phức tạp hơn với đường đọc chéo gián tiếp trong hình (b). Tại một thời
điểm, cảm biến x phát sóng và sóng đó được phản xạ qua ba bức tường. Cho rằng các bức tường là trơn hoàn toàn, sóng phản xạ sẽđủ năng lượng đểđến cảm biến y gây ra hiện tượng đọc chéo. Nếu cùng lúc đó, cảm biến y đang đợi sóng phản xạ của nó thì nó sẽ xem tín hiệu từ cảm biến x là giá trị cần đọc.
Hình 4.18 : Hiện tượng đọc chéo ( crosstalk) từ các cảm biến trên cùng robot
Hiện tượng đọc chéo được đưa ra khi có nhiều cảm biến siêu âm cùng họat động trên một robot mà việc đo từng cảm biến không thể thực hiện tuần tự được do yêu cầu về đáp ứng nhanh của hệ thống. Tuy nhiên trong luận văn em chỉ sử dụng ba cảm biến
Chương 3 Cảm biến dùng trong robot tự hành
——————————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 46
siêu âm và không yêu cầu cao về thời gian đáp ứng nên các cảm biến này sẽ họat động tuần tự nên không xét đến hiện tượng crosstalk.
Ảnh hưởng của chuyển động đến việc đo :
Khi robot chuyển động tương đối so với mục tiêu, giá trịđo sẽ bịảnh hưởng. Tác động của
chuyển động tuyến tính lên phương pháp TOF và góc nhận được thì phụ thuộc vào dạng
mục tiêu ( target type ) và do đó để bù vào chuyển động thì một cảm biến phân loại mục tiêu ( target classification sensor ) cần được áp dụng. Ta xét ba dạng vật thể : mặt phẳng như bức tường, cạnh lồi như cạnh bàn, góc như góc tường.
Cảm biến được giả sử là phát sóng từ vị trí xác định trên mặt đất là T và giá trịđo được tham chiếu đến vị trí này. Tuy nhiên do sự chuyển động của cảm biến, vị trí R tại thời
điểm nhận sóng phản xạ của sóng tới phát từ T sẽ di chuyển khỏi T trong thời gian TOF.
Với chuyển động tuyến tính, khoảng cách giữa T vả R là × , trong đó v là giá trị
vận tốc của robot với và là các giá trịc vận tốc theo các trục. Ta xét các trường hợp sau :
§ Vật thể có dạng mặt phẳng
Một mặt phẳng phản xạ sóng tới từ T đến R như trong hình . TOF bị chia thành hai phần : t1 là thời gian sóng truyền đến mặt phẳng và t2 là thời gian sóng phản xạđến R. Từ tam giác vuông bên trái ta có :
sin( ) = và cos( ) = 1− (4.7)
cos( ) = → = ( ) (4.8)
Hình 4.19 Ảnh hưởng của chuyển động lên giá trị TOF trong trường hợp vật thể dạng mặt phẳng
Chương 3 Cảm biến dùng trong robot tự hành
——————————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 47
Từ tam giác vuông bên phải ta có :
cos( ) = ( ) → =( )( ) (4.9)
Ta được :
= (4.10)
Nhân tửđầu tiên trong phương trình trên là giá trị TOF tĩnh, nhân tử thứ hai đại diện cho vận tốc chuyển động, khi vận tốc chuyển động bằng không thì giá trị này bằng một.
§ Vật thể có dạng góc :
Hình 4.20 Ảnh hưởng của chuyển động lên giá trị TOF trong trường hợp vật thể dạng góc
Hình trên mô tả tình huống vật thể có dạng góc với ảnh ảo của T là T'. Từ tam giác vuông T'XR ta có :
= (2 + ) + (4.11)
Ta được :
= (4.12)
với v2 = vx2 + vy2 . Nhân tửđầu tiên của phương trình là giá trị TOF tĩnh, và phần thứ hai
đại diện cho ảnh hưởng của chuyển động và phần này bằng 1 khi vận tốc tiến về 0. Góc
∅ trong hình là góc lệch gây nên bởi chuyển động so với hệ trục tĩnh. Từ hai tam giác T'XR và CXR ta có :
Chương 3 Cảm biến dùng trong robot tự hành
——————————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 48
= (4.13) và ∅ = (4.14) Từ các phương trình trên ta có : tan( +∅) = 2− tan (4.15) Giải tìm ra tan(∅) ta được : ∅ = ( ) (4.16) = (4.17) Do , ≪ , sin( )≪1 à ≈ ta có thể xấp xỉ ( 3.18 ) như sau : ∅≈ (4.18) § Trường hợp vật thể có dạng cạnh :
Hình 4.21 Ảnh hưởng của chuyển động lên giá trị TOF trong trường hợp vật thể dạng cạnh
Do vật thể dạng cạnh sẽ tái bức xạ sóng tới nên góc nhận được so với tọa độ tĩnh sẽ không bị ảnh hưởng bởi chuyển động như trong hình. Giá trị TOF bịảnh hưởng do việc thay đổi vị trí
nhận R. Từ tam giác vuông XER ta có = ( + ) + và + =
Chương 3 Cảm biến dùng trong robot tự hành
——————————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 49
Chương 5 Xử lý ảnh số và OpenCv
———————————————————————————————————
Robot trán h hướng ngại vật - GVHD: TS.Nguyễn Đức Thành Trang 50 Chương 5
XỬ LÝ ẢNH VÀ OPENCV