開發(fā)了一種能在未知環(huán)境下實現快速障礙檢測與障礙回避的基于同時發(fā)射聲納環(huán)移動機器人導航系統。為了消除由于同時發(fā)射造成的串話干擾，提出了一種基于神經網絡模式識別的過濾方法；并制作了由24個聲納傳感器組成的聲納環(huán)安裝到實際的移動機器人上，實現了掃描頻率最大可達到66 Hz的全景檢測。系統中應用了動態(tài)窗口法來完成快速障礙回避的運動規(guī)劃。實際的導航實驗表明，系統可用于室內未知環(huán)境中的移動機器人快速導航。
關 鍵 詞 串話干擾; 移動機器人導航; 障礙回避; 障礙檢測; 同時發(fā)射; 聲納環(huán)

對工作于動態(tài)或未知環(huán)境中的自主移動機器人來說，障礙回避，即基于傳感器的導航，是其最主要的基本任務之一。聲納，也稱超聲傳感器，由于其價格便宜并具有良好的測距性能，是商業(yè)化的室內機器人和研究用機器人最常用的傳感器之一。在移動機器人的應用中，由多個聲納排成隊列，通常是組成聲納環(huán)，被用來獲取移動機器人周圍的全景信息。
利用聲納環(huán)進行導航需要解決的主要問題是鄰近聲納傳感器間串話干擾對掃描頻率的限制。到目前為止，研究人員提出了很多方法來解決這個問題，可歸納為兩類：(1) 使用無規(guī)則發(fā)射(Irregular Firing)的方法來避免串話干擾的出現。如文獻[1]提出了EERUF快速超聲發(fā)射方法，使得單獨的聲納可以去除串話干擾，并實現了5~16 Hz的全景掃描。但是，這樣的頻率還不足以滿足目前移動機器人高速導航的要求。(2) 使用同時發(fā)射(Simultaneous Firing)的方法來完成一些有限的功能。如文獻[2]應用了同時發(fā)射于一種快速移動機器人上來檢測當高速運動時其軌跡上是否存在障礙物，一旦檢測到有障礙物則把發(fā)射模式切換為依次發(fā)射(Sequential Firing)。
文獻[3]提出的DDM方法是一種實現障礙回避的典型方法，但由于該方法很耗費時間，不適于應用于具備高掃描頻率的導航系統中。文獻[4-7]提出的方法中，導航系統采用了動態(tài)窗口法(Dynamic Window Approach，DWA)。這是考慮到該避障方法具有明了的物理意義表達，并能一步就快速計算出移動機器人的旋轉速度和直線速度，從而能最大限度地發(fā)揮系統中高掃描頻率聲納環(huán)的優(yōu)勢。為了實現同時發(fā)射聲納的通用化，本文提出了一種基于神經網絡模式識別的串話干擾去除方法，并將其實際應用到一個由24個聲納傳感器組成、在2.5 m范圍內能達到66 Hz掃描頻率的聲納環(huán)障礙檢測系統中。該檢測系統是本文提出的快速移動機器人導航系統的關鍵組成。