CN104007433A - 红外超声相结合的导航系统及其导航方式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外超声相结合的导航系统，它包括红外传感器(1)、超声波传感器(2)、单片机(3)、电机驱动模块(4)；所述红外传感器(1)、超声波传感器(2)安装于运动装置的检测端，所述单片机(3)设置在红外传感器(1)、超声波传感器(2)的信号传送路径上，所述电机驱动模块(4)设置于运动装置的动力系统上，电机驱动模块(4)能够接收单片机(3)的信号并能够控制运动装置的轨迹。本发明还公开了一种红外超声相结合的导航系统的导航方式。本发明它通过红外传感器负责纠偏，超声波传感器负责避障，提高了导航精度；成本低，抗干扰性强，红外传感器和超声波传感器对外界的干扰不敏感，对环境的要求低。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外超声相结合的导航系统及其导航方式。
背景技术
在高新技术中，红外传感器的运用越来越广泛。在自动导引运输车AGV(Automated Guided Vehicle)中亦有应用。自动导引运输车是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV的运行需要导引装置的引导，被称为AGV之“眼”。其常用的引导方式主要有：直角坐标引导，电磁引导，红外引导，磁带引导，光学引导，激光引导，惯性引导，图像识别引导，GPS引导等。其中红外引导利用地面颜色与色带颜色的反差，在明亮的地面上用黑色色带，在黑暗的地面上用白色色带。导引车的下面装有红外传感器，传感器的光源用以照射色带，色带反射回来的光线由传感器的接收器接收，经过比较电路和输出电路，将输出信号传至MCU，由MCU控制驱动系统做出纠偏等动作。
现有的技术方案多为光学导航方式，其主要原理如下：在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带，通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导航，其灵活性比较好，地面路线设置简单易行，但对色带的污染和机械磨损十分敏感，对外界光线等环境要求过高，导航可靠性较差，而且摄像机加图像处理模块的成本较为昂贵；另外也可应用激光进行导航，激光导航是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板，AGV通过发射激光束，同时采集由反射板反射的激光束，来确定其当前的位置和方向，并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导航，但是该方案制造成本高，对环境要求较苛刻，适用范围较窄。
发明内容
本发明的目的是：提供一种红外超声相结合的导航系统，它通过利用不同传感器的特长，各司其职，红外传感器负责纠偏，超声波传感器负责避障，提高了导航精度。
本发明的另一个目的是：提供一种红外超声相结合的导航系统的导航方式。
红外超声相结合的导航系统的技术方案是：一种红外超声相结合的导航系统，它包括红外传感器、超声波传感器、单片机、电机驱动模块；所述红外传感器、超声波传感器安装于运动装置的检测端，所述单片机设置在红外传感器、超声波传感器的信号传送路径上，红外传感器能够将不断检测和反射地面预先布置的色带的信号传送至单片机，单片机能够接收处理红外传感器的信号并将处理后的信号传送至电机驱动模块；所述超声波传感器能够将发送和接收的信号的时间差传给单片机，单片机能够接收处理超声波传感器的时间差的信号并测算障碍物的距离，单片机能够将处理后的信号传送至电机驱动模块；所述电机驱动模块设置于运动装置的动力系统上，电机驱动模块能够接收单片机的信号并能够控制运动装置的轨迹。
下面对上述技术方案进行进一步解释：
所述红外传感器包括红外光源、接收器，所述红外光源和接收器之间设置有检测回路。
所述超声波传感器设置有控制单元；控制单元连接有调制器、计时器；调制器信号路线上依次设置有振荡器、电声换能器形成信号发射路线；计时器信号路线上依次设置有接收检测单元、声电转换器形成信号接收路线，所述信号发射路线与信号接收路线构成信号接收回路。
所述超声波传感器还设置有显示器、定时器。
所述运动装置设置有至少四个红外传感器。
所述单片机设置有串行端口。
所述红外光源为红外固态发光二极管。
述接收器为固态光敏三极管。
红外超声相结合的导航系统的导航方式的技术方案是：一种红外超声相结合的导航系统的导航方式，它包括以下步骤，
A、将色带铺设于地面；
B、将红外传感器、超声波传感器安装于运动装置的检测端，将单片机安装在红外传感器、超声波传感器的信号路线上，将电机驱动模块安装于运动装置的动力系统上；
C、开启系统，将红外传感器不断检测和反射地面预先布置的色带的信号传送到单片机，将超声波传感器不断发送和接收的信号的时间差传给单片机；
D、单片机接收处理红外传感器的信号，单片机接收处理超声波传感器的时间差的信号并测算障碍物的距离，单片机将处理后的信号传送至电机驱动模块；
E、电机驱动模块根据单片机的信号指示控制运动装置的轨迹。
本发明的优点是：本发明的红外超声相结合的导航系统及其导航方式，它通过红外传感器负责纠偏，超声波传感器负责避障，提高了导航精度；成本低廉，抗干扰性强，红外传感器和超声波传感器对外界的光线和声音等干扰不敏感，对环境的要求低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
图1为本发明实施例的系统结构示意图；
图2为本发明实施例的红外传感器工作路线示意图；
图3为本发明实施例的超声波传感器工作路线示意图；
其中：1红外传感器；2超声波传感器；3单片机；4电机驱动模块；5串行端口；11红外光源；12接收器；13检测回路；21控制单元；22调制器；23计时器；24振荡器；25电声换能器；26接收检测单元；27声电转换器；28显示器；29定时器。
具体实施方式
实施例一：如图1所示，一种红外超声相结合的导航系统，它包括红外传感器1、超声波传感器2、单片机3、电机驱动模块4；单片机3设置有串行端口5。
红外传感器1、超声波传感器2安装于运动装置的检测端，单片机3设置在红外传感器1、超声波传感器2的信号传送路径上，电机驱动模块4设置于运动装置的动力系统上。
如图2所示，红外传感器1包括红外光源11、接收器12，红外光源11为红外固态发光二极管；接收器12为固态光敏三极管。红外光源11和接收器12之间设置有检测回路13。红外传感器1能够将不断检测和反射地面预先布置的色带的信号传送至单片机3，单片机3能够接收处理红外传感器1的信号并将处理后的信号传送至电机驱动模块4；超声波传感器2能够将发送和接收的信号的时间差传给单片机3，单片机3能够接收处理超声波传感器2的时间差的信号并测算障碍物的距离，单片机3能够将处理后的信号传送至电机驱动模块4；电机驱动模块4能够接收单片机3的信号并能够控制运动装置的轨迹。
红外传感器1工作原理：红外传感器1利用地面颜色与色带颜色的反差，在明亮的地面上布设黑色色带，在黑暗的地面上布设白色色带。运动装置(导引车)的下面至少装配4个红外传感器1，头部左右两个，尾部左右两个。红外传感器1由作为红外光源11的红外光固态发光二极管和作为接收器1的固态光敏三极管组成。红外光源11用以照射色带，色带反射回来的光线由红外传感器1的接收器12接收，并将结果上传到单片机3，经过单片机3判断和单片机3运算回路相应运算产生纠偏参数，单片机3根据纠偏参数产生相应的驱动信号，控制动力系统的工作，做出纠偏等动作。例如：当运动装置(导引车)偏离预设的轨迹时，相应的红外传感器1的接收器12接收到的信号会产生翻转，单片机3可以很快速的捕捉到这一变化，迅速判断出是头部还是尾部偏移，是左偏还是右偏，进而控制驱动系统做出相应纠偏动作。
如图3所示，超声波传感器2设置有控制单元21、显示器28、定时器29；控制单元21连接有调制器22、计时器23；调制器22信号路线上依次设置有振荡器24、电声换能器25形成信号发射路线；计时器23信号路线上依次设置有接收检测单元26、声电转换器27形成信号接收路线，信号发射路线与信号接收路线构成信号接收回路。
超声波传感器2工作原理：超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离S＝Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。
控制单元21每隔一定时间控制调制器22和振荡器24通过电声换能器25产生超声波，并且计时器23开始计时，当超声波遇到障碍物反射回来后，由声电转换器27将超声波转换成电信号，电信号由接收检测单元26接收，使计时器23停止计时，这样就得到了发射和接收回波的时间差t，控制单元21经过简单的计算就得到了障碍物的距离，再将此结果上传到单片机，参与到运动装置(导引车/AGV小车)的导航系统之中。
红外传感器1抗外界光线干扰，实现运动装置(导引车/AGV小车)路线纠偏，而超声波传感器2利用声波反射原理精确测定运动装置(导引车/AGV小车)与障碍物的距离，实现AGV小车的避障和定位。两者相结合，运用智能化的路径规划算法，可实现运动装置(导引车/AGV小车)的路径规划等智能精确自动导航。
实施例二：如图1至图3所示，一种红外超声相结合的导航系统的导航方式，它包括以下步骤，
A、将色带铺设于地面。
B、将红外传感器1、超声波传感器2安装于运动装置的检测端，将单片机3安装在红外传感器1、超声波传感器2的信号路线上，将电机驱动模块4安装于运动装置的动力系统上。
C、开启系统，将红外传感器1不断检测和反射地面预先布置的色带的信号传送到单片机3，将超声波传感器2不断发送和接收的信号的时间差传给单片机3。
D、单片机3接收处理红外传感器1的信号，单片机3接收处理超声波传感器2的时间差的信号并测算障碍物的距离，单片机3将处理后的信号传送至电机驱动模块4。
E、电机驱动模块4根据单片机3的信号指示控制运动装置的轨迹。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (9)
1.一种红外超声相结合的导航系统，其特征在于：它包括红外传感器(1)、超声波传感器(2)、单片机(3)、电机驱动模块(4)；所述红外传感器(1)、超声波传感器(2)安装于运动装置的检测端，所述单片机(3)设置在红外传感器(1)、超声波传感器(2)的信号传送路径上，红外传感器(1)能够将不断检测和反射地面预先布置的色带的信号传送至单片机(3)，单片机(3)能够接收处理红外传感器(1)的信号并将处理后的信号传送至电机驱动模块(4)；所述超声波传感器(2)能够将发送和接收的信号的时间差传给单片机(3)，单片机(3)能够接收处理超声波传感器(2)的时间差的信号并测算障碍物的距离，单片机(3)能够将处理后的信号传送至电机驱动模块(4)；所述电机驱动模块(4)设置于运动装置的动力系统上，电机驱动模块(4)能够接收单片机(3)的信号并能够控制运动装置的轨迹。
2.根据权利要求1所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述红外传感器(1)包括红外光源(11)、接收器(12)，所述红外光源(11)和接收器(12)之间设置有检测回路(13)。
3.根据权利要求1所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述超声波传感器(2)设置有控制单元(21)；控制单元(21)连接有调制器(22)、计时器(23)；调制器(22)信号路线上依次设置有振荡器(24)、电声换能器(25)形成信号发射路线；计时器(23)信号路线上依次设置有接收检测单元(26)、声电转换器(27)形成信号接收路线，所述信号发射路线与信号接收路线构成信号接收回路。
4.根据权利要求1或3所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述超声波传感器(2)还设置有显示器(28)、定时器(29)。
5.根据权利要求1所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述运动装置设置有至少四个红外传感器(1)。
6.根据权利要求1所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述单片机(3)设置有串行端口(5)。
7.根据权利要求2所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述红外光源(11)为红外固态发光二极管。
8.根据权利要求2所述的红外超声相结合的导航系统，其特征在于：所述接收器(12)为固态光敏三极管。
9.一种红外超声相结合的导航系统的导航方式，其特征在于：它包括以下步骤，
A、将色带铺设于地面；
B、将红外传感器(1)、超声波传感器(2)安装于运动装置的检测端，将单片机(3)安装在红外传感器(1)、超声波传感器(2)的信号路线上，将电机驱动模块(4)安装于运动装置的动力系统上；
C、开启系统，将红外传感器(1)不断检测和反射地面预先布置的色带的信号传送到单片机(3)，将超声波传感器(2)不断发送和接收的信号的时间差传给单片机(3)；
D、单片机(3)接收处理红外传感器(1)的信号，单片机(3)接收处理超声波传感器(2)的时间差的信号并测算障碍物的距离，单片机(3)将处理后的信号传送至电机驱动模块(4)；
E、电机驱动模块(4)根据单片机(3)的信号指示控制运动装置的轨迹。
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| CN201410264916.8A CN104007433A (zh) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | 红外超声相结合的导航系统及其导航方式 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105467993A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-04-06 | 西安科技大学 | 声音导引系统 |
| CN110117942A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-13 | 南京涵铭置智能科技有限公司 | 一种落叶清扫机器人及清扫方法 |
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2014
- 2014-06-10 CN CN201410264916.8A patent/CN104007433A/zh active Pending
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| CN110117942A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-13 | 南京涵铭置智能科技有限公司 | 一种落叶清扫机器人及清扫方法 |
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Application publication date: 20140827 |
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