CN104731092A - 一种移动机器人多方位避障系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动机器人多方位避障系统，包括超声波传感器（1）、红外传感器（2）、热释电传感器（3）、模拟信号调理电路和中央控制单元。所述超声波传感器（1）经过模拟信号调理电路、A/D转换电路连接至中央控制单元；所述红外传感器（2）返回的模拟信号经过另一路模拟信号调理电路放大、滤波、峰值提取、整形，A/D转换电路后传输至中央控制单元。热释电传感器（3）连接至中央控制单元。本发明的移动机器人多方位避障系统可以实时快速的探测到外界环境中障碍物的信息，而且探测没有盲区，多种传感器测量的参数互补使用，能实时可靠的为机器人控制中心提供最真实的外部环境参数，以便机器人控制中心实时的优化行进线路和及时快速的避障。
Description
技术领域
本发明属于移动机器人路径规划和导航、避障技术领域，特别是一种移动机器人多方位避障系统。
背景技术
为了使机器人可靠行驶，在行进路线上自动避开障碍物，就需要一个系统来获取外部环境的信息, 感知障碍物的存在, 测量障碍物的距离，机器人才能正确规划路线和自动避障。传感器是自主移动机器人系统必不可少的重要组成部分之一。在完全结构化的已知环境中，传感器系统用于引导机器人的运动，监控预期任务的执行，处理可能的意外情况；而在未知或动态变化的环境中，因为不能预先获知环境的信息，机器人完全依靠传感器系统实时感知环境，进行导航与定位。
目前，用于机器人避障和测距的传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。激光传感器和视觉传感器价格昂贵，且对控制器的要求较高，而超声波传感器以其价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器，实现定位及环境建模。中国知识产权局公开号为CN20144420U的发明专利公布了一种超声波避障装置：基于超声波的障碍物检装置是目前普遍采用的避障装置。但超声波传感器有其固有的缺陷：其一，测量范围小，对天气变化敏感，不能直接测距，算法复杂，处理速度慢。其二，超声波传感器存在测量盲区，其测量范围一般为30cm---800cm。
超声波传感器因反应慢、测量有盲区，所以机器人在未知或动态变化的环境中，对于突然出现的障碍物（比如突然出现的运动物体）来不及避让而导致无法正常运行，机器人甚至会因为突然出现的运动障碍物的碰撞而损坏。
发明内容
本发明要解决的问题是针对超声波传感器反应慢、测量有盲区，不能实时检测到突然出现的运动障碍物等缺陷，提供一种移动机器人多传感器测距系统，本系统所用的超声波传感器测距范围：30～600 cm，红外测距传感器测距范围：10～80 cm。通过合理安装传感器，并使红外测距传感器的盲区恰好在机器人的内部，而其量程覆盖超声波传感器的盲区；同时安装热释电传感器，以提高机器人探测障碍物的可靠性。该系统可测量0 ～ 550 cm 距离内存在的障碍物, 测量误差小于1% 。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种移动机器人多方位避障系统，包括超声波传感器、模拟信号调理电路和中央控制单元，还包括红外传感器；所述超声波传感器经过模拟信号调理电路连接至中央控制单元；所述红外传感器返回的模拟信号经过另一路模拟信号调理电路放大、滤波、峰值提取、整形后传输至中央控制单元。
作为进一步改进，所述的移动机器人多方位避障系统还包括热释电传感器，释电传感器连接至中央控制单元。
作为另一种改进，在所述两路模拟信号调理电路和中央控制单元之间均设置模数转换电路。
作为更进一步改进，所述移动机器人多方位避障系统用于人形机器人；所述超声波传感器至少有2个，安装在机器人前胸和后背靠上的部位；红外传感器有多个，至少在机器人每个小腿的外侧面需要各安装一个，机器人前胸后背、左膀右臂也需要各安装1个；热释电传感器也至少需要2个，机器人左右肩膀各安装一个。
本发明的移动机器人多方位避障系统采用超声波、热释电和红外3种传感器，可以实时快速的探测到外界环境中障碍物的信息，而且探测没有盲区，多种传感器测量的参数互补使用，能实时可靠的为机器人控制中心提供最真实的外部环境参数，从而实现路径规划和导航，以便机器人控制中心实时的优化行进线路和及时快速的避障。
附图说明
图1是本发明移动机器人多方位避障系统原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提出的一种移动机器人多方位避障系统进行详细说明。
如图1所示，本发明的、一种移动机器人多方位避障系统，包括超声波传感器1、红外传感器2、热释电传感器3、模拟信号调理电路和中央控制单元。模拟信号调理电路用于把上述信号进行放大、滤波、峰值提取、整形。
所述超声波传感器1经过模拟信号调理电路连接至中央控制单元。超声波传感器1包括发射器11和接收器12，用于发射超声波并检测返回信号，如果有返回信号，将其转化成模拟信号。
所述红外传感器2返回的模拟信号经过另一路模拟信号调理电路放大、滤波、峰值提取、整形后传输至中央控制单元。红外传感器2包括发射管21和接收管22。红外传感器2的发光管21发射红外光，光敏接收管22接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，它的原理是接收管22接收的光强随反射物的距离变化，距离近反射光强，距离远反射光弱。接收管22接收到反射光，根据光的强弱将其转换成模拟信号。
所述热释电传感器3连接至中央控制单元。所述热释电传感器3主要用来检测快速移动的可发射红外线的物体（比如人，动物等），当热释电元件感受到外界10um左右的红外辐射波时，热释电传感器就会输出报警信号。
在所述两路模拟信号调理电路和中央控制单元之间均设置模数转换电路。模数转换电路主要把上述两路模拟信号调理电路调理过的模拟信号进行数字量化，转化成数字信号。
所述中央控制单元检测热释电传感器3的报警信号以及根据模数转换电路获得的外部环境信息，并实时的计算出机器人周围的障碍物的各种参数，根据各种参数动态进行线路规划和实时避障。
所述移动机器人多方位避障系统用于人形机器人。为了获得较好的避障效果，需要多个传感器相互配合采集外部环境信息。根据不同传感器的特性需要把传感器安装到机器人不同的部位才能达到最佳的效果。一般情况下为了获得较大的检测面积，所述超声波传感器1至少有2个，安装在机器人前胸和后背靠上的部位。红外传感器2有多个，至少在机器人2个小腿的外侧面需要各安装1个，机器人前胸后背、左膀右臂也需要各安装一个，能够感测几米外障碍物的红外传感器，因为红外传感器反应速度快，能够实时探测到快速移动的障碍物。热释电传感器3也至少需要2个，机器人左右肩膀各安装一个。
Claims (4)
1.一种移动机器人多方位避障系统，包括超声波传感器（1）、模拟信号调理电路和中央控制单元，其特征在于：还包括红外传感器（2）；所述超声波传感器（1）经过模拟信号调理电路连接至中央控制单元；所述红外传感器（2）返回的模拟信号经过另一路模拟信号调理电路放大、滤波、峰值提取、整形后传输至中央控制单元。
2.根据权利要求1所述的移动机器人多方位避障系统，其特征在于：还包括热释电传感器（3），热释电传感器（3）连接至中央控制单元。
3.根据权利要求1所述的移动机器人多方位避障系统，其特征在于：在所述两路模拟信号调理电路和中央控制单元之间均设置模数转换电路。
4.根据权利要求1或2所述的移动机器人多方位避障系统，其特征在于：所述移动机器人多方位避障系统用于人形机器人；所述超声波传感器（1）至少有2个，安装在机器人前胸和后背靠上的部位；红外传感器（2）有多个，至少在机器人2个小腿的外侧面需要各安装一个，机器人前胸后背、左膀右臂也需要各安装1个；热释电传感器（3）也至少需要2个，机器人左右肩膀各安装一个。
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Publications (1)
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