Sonar para evitar obstáculos: quantos sensores e onde colocá-los?

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Para evitar obstáculos durante a navegação em robô 2D, qual é a melhor posição / ângulo para colocar os sensores do sonar? Quantos devem haver?

Gostaria de saber se há alguma teoria ou exemplos para o problema de colocação. Percebo que depende da maneira como o robô se move e de sua geometria, mas estou procurando respostas gerais.

— Anton
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Por que você não usa apenas um servo? Alguns sensores de sonar são tão caros que, se você precisar de uma grande angular, um servo seria mais fácil, mais barato e usaria menos pinos. Há uma desvantagem: você não pode ir tão rápido porque não seria capaz de detectar com rapidez suficiente, a menos que você tenha um sensor de alta qualidade. Além disso, os servos consomem muita energia, portanto, cuidado. Sei que você já tem uma resposta, só queria apontar isso para a comunidade.

— Anonymous Penguin

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Geralmente, o principal fator no posicionamento dos sensores é a largura real do feixe dos próprios sensores. Geralmente, quanto maior o alcance do sensor, menor a largura do feixe.

Então, primeiro, você precisa definir o alcance que deseja detectar e escolher alguns sensores que funcionam nesse intervalo.

Então você tem que decidir em qual a amplitude de ângulo em que deseja detectar a distância. Por exemplo, você pode decidir cobrir tudo na frente e nas laterais de um robô (uma faixa de 180 graus, 90 graus para ambos os lados da frente).

Em seguida, você divide o intervalo de ângulo pela largura do feixe do sensor escolhido para obter o número de sensores necessários.

Usando o exemplo acima, se você tiver sensores com uma largura de feixe de 90 graus, precisará apenas de dois deles, cada um a 45 graus de cada lado da frente. Se você tivesse sensores de longo alcance com, digamos, uma largura de feixe de 20 graus, seria necessário 9 deles para cobrir a mesma área.

Obviamente, a largura do feixe não é uma medida exata; portanto, é mais seguro haver alguma sobreposição dos feixes. Por fim, os sensores devem ser instalados simetricamente entre os lados esquerdo e direito do robô.

— thisismyrobot
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Para expandir a resposta de thisismyrobot , a largura do feixe é realmente importante. No entanto, existem vários outros fatores, como a refletividade do ambiente ("brilho" acústico), frequência de transmissão etc.

Embora seja de 1988, a Prevenção de Obstáculos com Sensores Ultrassônicos cobre bem os desafios - a física da variação de eco parece ter mudado pouco ao longo dos anos :)

O artigo dos sensores de sonar ultrassônico na Generation Robots apresenta algumas das questões mais interessantes na faixa ultrassônica: formas de feixes e lóbulos (veja a figura de 50kHz).

A partir daí, você deve visitar estes artigos mais detalhados sobre características de feixes e seleção de sensores:

— Throwback1986
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