CN104850124A - 自适应运动装置以及自适应运动系统 - Google Patents

Abstract

一种自适应运动装置及系统，该装置包括：球状外壳，设置在所述球状外壳内的超声波测距装置、电机转动装置、中央控制装置；所述超声波测距装置根据所述中央控制装置的控制指令进行超声波测距，获得超声波测距距离，所述中央控制装置在所述超声波测距距离小于预定距离阈值时，向所述电机转动装置发送转动指令，所述电机转动装置根据所述转动指令驱动所述自适应运动装置转动、调整所述自适应运动装置的运动方向，所述转动指令包括转动方向和转动角度。本发明实施例方案可以根据本身所处环境判断是否有障碍物挡住行驶路径，自适应调整运动方向。

Description

自适应运动装置以及自适应运动系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别是涉及一种自适应运动装置以及一种自适应运动系统。

背景技术

随着社会经济和电子技术的快速发展，人们的安全意识也在增强，安防监控市场进入了高速发展阶段，随着国家“安全城市计划”的实施，自动避障与自适应运动理论、技术和方法是当前的一个研究热点，主要解决监控设备不能够自适应避障的问题。在地震现场中，由于房子倒塌、道路阻塞、通信阻断，救援工作人员无法及时地进去废墟里面探测里面的具体情况，这给救援工作人员增加了救援的难度，造成了大量的人员伤亡，如果有一个易便携、快速部署、全景态势、能够自适应运动的设备来探测废墟里面的情况，能够有效地提高地震救援的效率。因此，自适应运动理论、技术和方法的研究对地震环境的救援工作也具有十分重要的现实意义和明显的工程应用前景。

现有技术中进行自主导引及避障的方式，是根据获取的场景地图进行起始位置至目标位置的全局路径规划，根据场景地图及规划好的全局路径利用自主导航与定位的方式向目标位置移动，并利用传感器实时采集路径前方的信息，当确认前方存在动态障碍物时，判断是否可以通过避障方式越过该动态障碍物；若是，则通过避障方式越过该动态障碍物；否则，以当前位置为起始位置重新规划一条到达所述目标位置的路径，且确保新规划的路径与原始的全局路径偏移不超过阈值；或者是，当与动态障碍物的距离在阈值范围内时，通过语音的方式提醒所述动态障碍物离开当前路径后，继续向目标位置移动。这种自主导引和避障的方式无需对现场环境进行改造，并可自主避让障碍物，有较强的适应性。然而其实现比较复杂，不仅重新规划一条路径消耗的时间比较长，而且也不能够实时地监控现场情况。

发明内容

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种自适应运动装置以及一种自适应运动系统，其可以根据本身所处环境判断是否有障碍物挡住行驶路径，自适应调整运动方向。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种自适应运动装置，包括：球状外壳，设置在所述球状外壳内的超声波测距装置、电机转动装置、中央控制装置；

所述超声波测距装置根据所述中央控制装置的控制指令进行超声波测距，获得超声波测距距离，所述中央控制装置在所述超声波测距距离小于预定距离阈值时，向所述电机转动装置发送转动指令，所述电机转动装置根据所述转动指令驱动所述自适应运动装置转动、调整所述自适应运动装置的运动方向，所述转动指令包括转动方向和转动角度。

一种自适应运动系统，包括如上所述的自适应运动装置以及终端设备。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其在球状外壳内设置超声波测距装置、电机转动装置，在超声波测距装置测得的超声波距离小于预定距离阈值时，通过的电机转动装置驱动自适应装置进行转动，从而可以根据本身所处环境判断是否有障碍物挡住行驶路径，自适应调整运动方向。

附图说明

图1是一个实施例中的自适应运动装置的结构示意图；

图2是一个具体示例中的自适应运动装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了本发明一个实施例中的自适应运动装置的结构示意图。如图1所示，本实施例中的自适应运动装置100包括有：球状外壳101，设置在球状外壳101内的中央控制装置102、超声波测距装置103、电机转动装置104；

超声波测距装置103根据中央控制装置102的控制指令进行超声波测距，获得超声波测距距离，中央控制装置102在超声波测距装置103测得的超声波测距距离小于预定距离阈值时，向电机转动装置104发送转动指令，所述电机转动装置根据所述转动指令驱动自适应运动装置转动、调整自适应运动装置的运动方向，所述转动指令包括转动方向和转动角度。

根据如上所述的本发明实施例的方案，其在球状外壳内设置超声波测距装置、电机转动装置，在超声波测距装置测得的超声波距离小于预定距离阈值时，通过的电机转动装置驱动自适应装置进行转动，从而可以根据本身所处环境判断是否有障碍物挡住行驶路径，自适应调整运动方向。

在其中一个具体示例中，如图1所示，本实施例中的自适应运动装置还可以包括有设置在球状外壳101内的摄像装置105和无线通信模块106，所述摄像装置采集所述自适应运动装置所处环境的图像数据，无线通信模块106可以将摄像装置105拍摄得到的图像数据发送给终端设备，该图像数据可以在终端设备的显示界面上进行显示，便于终端设备的用户清晰地观察到自适应运动装置所在环境的图像信息，可以及时了解自适应运动装置所处环境。

其中，这里的无线通信模块106可以采用任何可能的无线通信方式，例如Wi-Fi、蓝牙、3G或4G等，只要能够将摄像装置105拍摄得到的图像数据传输给终端设备即可。

此外，如图1所示，本实施例中的自适应运动装置还可以包括有设置在球状外壳101内的图像预处理模块107，该图像预处理模块107用于对摄像装置105拍摄所得的图像数据进行预处理，预处理后的图像数据通过无线通信模块106发送给终端设备。

其中，这里的预处理可以是对摄像装置采集到的图像数据进行相应的分析与处理，这里的分析与处理可以包括有图像增强处理、图像复原处理等等。图像增强处理可以针对给定图像的应用场合，有目的地强调图像的整体或局部特性，将原来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差别，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果，满足某些特殊分析的需要，其可以是一个失真的过程，以改善图像的视觉效果。图像复原处理是利用退化过程的先验知识，去恢复已被退化图像的本来面目。图像增强处理与图像复原处理的具体实现方式可以采用目前已有以及以后可能出现的任何方式进行。

当然，基于实际需要，这里的预处理也可以是包含其他的处理过程。通过将摄像装置105拍摄得到的图像数据经图像预处理107的预处理过程后再发送给终端设备，可以使终端设备的显示终端显示出的图像效果更佳，以便更加清晰地看到自适应运动装置周围的图像信息。在预处理包含压缩等处理过程的情况下，还可以减少无线传输的数据量。

此外，基于实际需要，也可以不包含该图像预处理模块，而是将摄像装置拍摄得到的原始的图像数据发送给终端设备后，由终端设备进行预处理的处理过程。为了能够适用于各种不同类型的终端设备，在本发明实施例中，自适应运动装置可以通过图像预处理模块107进行预处理。

如图1所示，本实施例中的自适应运动装置还可以包括有数据存储模块108，该数据存储模块108设置在球状外壳101内，可用于存储超声波测距装置测得的超声波定位数据以及摄像装置105拍摄所得的图像数据。

如图1所示，该实施例中的自适应运动装置还可以包括有GPS定位模块109，该GPS定位模块109设置在球状外壳101内，用于进行GPS定位获得GPS定位数据。该GPS定位模块109获得的GPS定位数据可以通过无线通信模块106发送给终端设备，以便于终端设备的用户及时了解该自适应运动装置所处的具体位置。

此外，如图1所示，该自适应运动装置中还设置有电源模块110，通过电源模块110为中央控制装置102、超声波测距装置103、电机转动装置104、摄像装置105、无线通信模块106、图像预处理模块107、数据存储模块108、GPS定位模块109等各模块供电。

其中，中央控制装置102、电机转动装置104、图像预处理模块107、数据存储模块108、GPS定位模块109、电源模块110设置在球状外壳101的内部，超声波测距装置103、摄像装置105可以设置在球状外壳101的内表面或者外表面，以与外部环境接触，实现超声波测距以及拍摄功能。无线通信模块106可以设置在球体外壳101的内部，也可以设置在球状外壳101的内表面或者外表面，以实现无线通信功能。

在球状外壳101上可设置有导孔111，该导孔111可具有一个以上，超声波测距装置103可通过导孔111向外部发射超声波，摄像装置105可通过导孔111拍摄图像数据。可以分别为超声波测距装置103和摄像装置105设置不同的导孔111，也可以使得超声波测距装置103和摄像装置105使用相同的导孔111，只要能够顺利地实现超声波测距以及图像拍摄即可。

在一个具体示例中，为了能够全面地结合自适应装置所在环境的全景进行自适应运动，上述超声波测距装置103可以设置有两个以上，上述导孔111也可设置有两个以上，且均匀分布在球状外壳上，且超声波测距装置103与导孔111一一对应设置。此时，与超声波测距装置103对应的该导孔111可以称之为超声波导孔。图2中示出了基于该具体示例的自适应运动装置的结构示意图，该示例中是以超声波测距装置103和摄像装置105使用相同的导孔111为例进行说明，由于超声波测距装置103与导孔111是一一对应设置的，因此，图2中仅结合导孔111的排布方式为例进行说明。需要说明的是，图2所示中，导孔111的数目以及排布方式仅仅是一种示例性说明，基于实际需要，导孔111的数目、设置位置以及排布方式可以做不同的设定。

基于该具体示例中的方式，在一个具体实现方式中，在自适应运动装置前进的过程中，仅有其前进方向上的当前超声波测距装置(为方便后续使用，在此记为超声波测距装置A)处于开启状态，可实时进行超声波测距。超声波测距即向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物会立即返回来，从而在接收到返回的超声波时停止计时，基于发射和接收超声波的时间差就可以确定前方障碍物的距离。例如，超声波在空气中的传播速度为340m/s(米每秒)，假设记录的发射和接收超声波的时间差为时间t，就可以计算出发射位置距离障碍物的距离s为s＝340t/2。

在当前超声波测距装置A测得的超声波测距距离小于预定距离阈值时，中央控制装置102开启所有的超声波测距装置，所有的超声波测距装置进行超声波测距，分别获得各自的超声波测距距离。中央控制装置根据各超声波测距装置测量得到的超声波测距距离，确定待转动方向。在一个具体示例中，中央控制装置102可以选择测得的超声波测距距离最大的超声波测距装置(为方便后续使用，在此记为超声波测距装置B)对应的方向为待转动方向，同时可关闭除了该超声波测距装置B之外的其他超声波测距装置。在确定待转动方向之后，中央控制装置102可以基于超声波测距装置A与超声波测距装置B之间的位置关系或者它们对应的导孔在球状壳体上的分布位置，确定转动方向和转动角度，并向电机转动装置104发送包含确定的转动方向和转动角度的转动指令，电机转动装置104根据该转动指令驱动自适应运动装置进行转动，并驱动摄像装置105转动至该超声波测距装置B对应的导孔的位置，使摄像装置105可以通过与超声波测距装置B对应的导孔进行图像拍摄。在转动完成后，若之前没有关系其他超声波测距装置，则关闭除了该超声波测距装置B之外的其他超声波测距装置，自适应运动装置继续前进过程，从而可以使自适应运动装置避开障碍物向更加宽阔的地方运动。

为了能够全面地结合自适应运动装置所在环境的全景进行自适应运动，在另一个具体示例中，上述摄像装置105也可以设置有两个以上，超声波测距装置103与摄像装置105的数目相同且一对一紧邻设置，且超声波测距装置103、摄像装置105、导孔111一一对应设置。该具体示例中的自适应运动装置的结构示意图如图2所示。

基于该具体示例中的方式，在一个具体实现方式中，在自适应运动装置前进的过程中，仅有其前进方向上的当前超声波测距装置(为方便后续使用，在此记为超声波测距装置A)、摄像装置(在此记为摄像装置A)处于开启状态，可实时进行超声波测距、图像的拍摄。

在当前超声波测距装置A测得的超声波测距距离小于预定距离阈值时，中央控制装置102开启所有的超声波测距装置，所有的超声波测距装置进行超声波测距，分别获得各自的超声波测距距离。中央控制装置根据各超声波测距装置测量得到的超声波测距距离，确定待转动方向。在一个具体示例中，中央控制装置102可以选择测得的超声波测距距离最大的超声波测距装置(为方便后续使用，在此记为超声波测距装置B)对应的方向为待转动方向，同时可关闭除了该超声波测距装置B之外的其他超声波测距装置。在确定待转动方向之后，中央控制装置102可以基于超声波测距装置A与超声波测距装置B之间的位置关系或者它们对应的导孔在球状壳体上的分布位置，确定转动方向和转动角度，并向电机转动装置104发送包含确定的转动方向和转动角度的转动指令，电机转动装置104根据该转动指令驱动自适应运动装置进行转动。在转动完成后，若之前没有关系其他超声波测距装置，则关闭除了该超声波测距装置B之外的其他超声波测距装置。此外，在确定待转动方向之后，或者是在电机转动完成之后，中央控制装置102还向与超声波测距装置B对应的摄像装置发送开启指令，并向上述摄像装置A发送关闭指令，使摄像装置105可以通过与超声波测距装置B对应的导孔进行图像拍摄。然后，继续自适应运动装置继续前进过程。

其中，在本实施例的方案中，上述球状外壳101可以为抗冲击振动防护外壳，以便于能够应用到各种环境，尤其是极端环境，例如地震废墟等等。

如上所述的本发明实施例的自适应运动装置，其球状结构方便携带、快速部署、全景态势、自适应运动，并且可运用在城市作战、反恐作战、安防、应急救援等特种场景，可以根据它本身所处的环境情况判断前方是否有障碍物遮挡行驶的路径，调整侦测球的运动方向，从而能够实时跟踪与监控目标信息情况。

根据如上所述的本发明实施例的自适应运动装置，本发明实施例还提供一种自适应运动系统，其包括如上所述的自适应运动装置以及上述终端设备。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种自适应运动装置，其特征在于，包括：球状外壳，设置在所述球状外壳内的超声波测距装置、电机转动装置、中央控制装置；

所述超声波测距装置根据所述中央控制装置的控制指令进行超声波测距，获得超声波测距距离，所述中央控制装置在所述超声波测距距离小于预定距离阈值时，向所述电机转动装置发送转动指令，所述电机转动装置根据所述转动指令驱动所述自适应运动装置转动、调整所述自适应运动装置的运动方向，所述转动指令包括转动方向和转动角度。

2.根据权利要求1所述的自适应运动装置，其特征在于，还包括设置在所述述球状外壳内的摄像装置、图像预处理模块和无线通信模块，所述摄像装置采集所述自适应运动装置所处环境的图像数据，所述图像预处理模块对所述图像数据进行预处理后通过所述无线通信模块发送给终端设备。

3.根据权利要求1所述的自适应运动装置，其特征在于，所述超声波测距装置有两个以上，所述球状外壳上设置有均匀分布的超声波导孔，所述超声波测距装置与所述超声波导孔一一对应设置。

4.根据权利要求2所述的自适应运动装置，其特征在于，所述超声波测距装置有两个以上，所述摄像装置有两个以上，所述超声波测距装置与所述摄像装置的数目相同且一对一紧邻设置，所述球状外壳上设置有均匀分布的超声波导孔，所述超声波测距装置、所述摄像装置、所述超声波导孔一一对应设置。

5.根据权利要求3所述的自适应运动装置，其特征在于，所述中央控制装置在当前超声波测距装置测得的超声波测距距离小于预定距离阈值时，开启所有超声波测距装置，并根据各个超声波测距装置测量得到的超声波测距距离，选择测得的超声波测距距离最大的超声波测距装置对应的方向为待转动方向，并关闭除了该测得的超声波测距距离最大的超声波测距装置之外的其他超声波测距装置。

6.根据权利要求1所述的自适应运动装置，其特征在于，还包括设置在所述球状外壳内的数据存储模块，用于存储所述超声波定位数据以及所述图像数据。

7.根据权利要求1所述的自适应运动装置，其特征在于：

还包括设置在所述球状外壳内的GPS定位模块，用于进行GPS定位获得GPS定位数据；

所述无线通信模块还将所述GPS定位数据发送给终端设备。

8.根据权利要求1所述的自适应运动装置，其特征在于，所述球状外壳为抗冲击振动防护外壳。

9.一种自适应运动系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的自适应运动装置以及终端设备。