3.3 避障功能的调试——强化感知并优化算法（教学课件）-五年级信息科技上册同步教学（清华版(贵州）·2024）

避障功能的调试 —强化感知并优化算法 CONTENTS 目录 要制作项目，需要知道传感器返回的数据是什么； 01 要制作项目，需要知道如何探究避障的最佳距离； 02 要想完成项目，需要明白如何优化算法。 03 一个好的作品经过精雕细琢后，才会呈现它的价值与作用。制作项目作品的过程也是一样的，初步搭建好机器人的原型并不意味着作品完成了，我们还需要在真实的情境中对作品“输入—控制—输出”各模块的性能进行调试，通过反馈结果不断进行优化，这样才能呈现一个好的作品，将之分享到社区中才能更好地传承开源精神。 避障功能的调试 避障功能的调试 机器人的避障功能在不同的环境下会有什么样的反馈效果呢？ 避障功能的调试 避障功能的调试 对于机器人的避障功能来说，感知环境中的障碍物是它的第一步，在未知或者部分未知的环境下，避障需要通过传感器获取周围环境信息。但在实际场景中使用传感器感知环境时会发现，有时传感器并不能很好地检测到障碍物，比如障碍物的位置、形态、大小不能确定时，靠单一的传感器检测往往不能得到较为确切的障碍物信息。 输入——环境感知不足 输入——环境感知不足 在真正应用的过程中,需要多种传感器相结合,然后对不同传感器采集到的数据进行交叉反馈,以及信息融合,从而保证机器人能够稳定可靠的工作。避障使用的传感器多种多样，各有不同的原理和特点，目前常见的主要有视觉传感器、激光传感器、红外传感器、超声波传感器等。以超声波避障机器人检测不到类似于桌腿的复杂轮廓为例，可以尝试增加红外探测传感器来解决这个问题。 输入——环境感知不足 想要让机器人对环境的感知更加准确，可以增加传感器来对信息进行验证或增加冗余。例如给避障机器人增加红外探测传感器，置于前方时，可以扩大检测前方障碍物的范围；置于左、右两侧时，可以获得前方、左侧、右侧的环境信息，对移动环境有一个较为综合的判断。 输入——环境感知不足 以避障机器人在前方增加红外传感器为例，对应的程序设计如图所示。 输入——环境感知不足 行业PPT模板http:///hangye/ 将避障机器人置于真实的环境中进行测试，发现机器人在感知环境障碍物时还存在哪些问题？想一想：怎么做才能让机器人输入的信息更加准确？ 输入——环境感知不足 模板来自于： 第一PPT https:/// 除了要测试机器人的传感器对障碍物的感知是否准确之外，数据还要经过机器人主控板中的算法程序进行逻辑判断，从而决定机器人的动作，所以对于机器人能否有一个优秀的性能，算法的优化也至关重要。 控制与输出——算法的优化 实验活动 探究机器人避障的最佳距离 避障机器人检测到前方有障碍物时，设置机器人避障的距离值是一个需要研究的问题，距离过短会影响机器人的避障功能，距离过长在一定区域内会影响机器人的活动空间。 实验内容:探究机器人避障的最佳距离。 实验目的:为避障机器人进行避障时，确定一个合适的距离阈值。 实验步骤: (1)先在程序设计中设定一个距离值，进行避障测试，观察避障效果，在表3.3.1中填写距离值，在对应结果处画“√” 控制与输出——算法的优化 实验活动 （2）根据步骤（1）的测试结果，以增加或减少固定距离值（例如+5cm或–5cm）继续测试，用来探测实际场景应用下的合适避障距离，以确保机器人的最优行动空间。填写下表。 经过测试机器人避障的最短距离是 ，我认为它 （“是”或“不是”）最佳的避障距离，原因是 。 控制与输出——算法的优化 在避障机器人的应用中，除了要调整合适的避障距离来触发机器人执行动作之外，在实际应用场景中，控制机器人转向时也会发现以下问题：机器人旋转时转速太快，以至于不能很顺利地找到无障碍物的道路；机器人只是单向旋转很难找到合适的通行道路；在障碍物较为集中的区域，机器人会卡死等，如图所示。 控制与输出——算法的优化 以调整机器人转速为例，在传感器检测到前方有障碍物时，算法程序设计会让机器人转向，此时可以通过调整后轮的左、右两个电机的转向和速度实现转向。有两种调整方式，一种是单个车轮旋转实现转向，另一种是两个车轮相对旋转实现转向。两种不同调整方式的算法设计如图3.3.6~图3.3.7所示。 实践 根据避障机器人在实际场景中的应用，调整算法设计优化机器人的避障性能，可以尝试从以下两个方面进行优化。 （1）机器人遇到障碍物后，先左、右分别转向进行障碍物判断，确定左侧或右侧没有障碍物后再选择左转或右转，实现机器人避障的最优选择。 （2）在障碍物较多的场景中，设置一个防卡死算法设计，当识别到左、右两侧都有障碍物时，机器人后退，脱离密集障碍物区域。 拓展阅读 拓展阅读 感谢观看 Lavf58.45.100 $