CN105824025A - 一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，所述系统布置在机器人上，包括：声呐(1)和声呐(2)构成的一阵列面，所述多个阵列面构成环形阵列；其中，所述声呐(1)和声呐(2)的垂直平分线上还设有声呐(3)，所述声呐(3)朝向所述声呐(1)和声呐(2)。本发明采用立体式声呐阵列，即在环形声呐阵列的基础上，在相邻声呐探测器的盲区上方增加新的声呐探测器，与原来的声呐环组成新的立体声呐阵列；立体声呐阵列上方的新增声呐，可以探测环形阵列中的盲区，增加有效的探测区域，本发明机器人在启动时，能够有效检测距离更近的障碍物。

Description

一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统。

背景技术

声呐避障在近距离范围内有不受外界光线影响、结构简单、成本低等优点，在高性能自主移动机器人上获得广泛应用。其工作原理是，工作时向液面或固体表面发射一束超声波，被其反射后，传感器再接收此反射波，如果声速一定，根据声波往返的时间就可以计算传感器到液面或固体表面的距离。

现有机器人声呐避障系统中，主要采用平面式的环形声呐阵列进行避障。但是，平面式的环形声呐阵列存在探测盲区。如图1所示，两个相邻的声呐探测器之间，由于探测角度无法覆盖所有区域，使得在距离声呐环较近的黑色区域内，声呐传感器无法探测到障碍物，形成探测盲区。

目前，为了避免盲区内存在障碍物，在启动机器人之前，将机器人放置在与障碍物距离大于探测盲区的地方，即在安全位置启动。上述处理方法，给机器人的启动增加了限制条件。

综上所述，由于环形声呐阵列存在盲区，当障碍物的分布情况比较密集、复杂的时候，对启动时的安全位置要求更高，增加了机器人启动的难度。

发明内容

本发明旨在克服环形声呐阵列存在盲区的缺陷，有效的减少机器人探测的盲区，扩大启动时的有效探测区域，提供一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，所述系统布置在机器人上，包括：声呐1和声呐2构成的一阵列面，所述多个阵列面构成环形阵列；其中，所述声呐1和声呐2的垂直平分线上还设有声呐3，所述声呐3朝向所述声呐1和声呐2。

一些实施例中，所述声呐3设置在机器人顶部，所述声呐3向斜下方发射探测信号。

一些实施例中，所述声呐3设置在机器人底部，所述声呐3向斜上方发射探测信号。

一些实施例中，所述声呐3的探测中心线与机器人的箱体具有一夹角。

一些实施例中，所述夹角为a/2，其中，a为声呐3的探测角。

一些实施例中，所述声呐1和声呐2间隔设置在机器人上。

本发明的有益效果在于：采用立体式声呐阵列，即在环形声呐阵列的基础上，在相邻声呐探测器的盲区上方增加新的声呐探测器，与原来的声呐环组成新的立体声呐阵列；立体声呐阵列上方的新增声呐，可以探测环形阵列中的盲区，增加有效的探测区域；进一步，在优选实施例中，通过调整盲区上方声呐探测中心的角度，防止机器人箱体误入探测区域。以上机器人在启动时，能够有效检测距离更近的障碍物。

附图说明

图1示意性示出现有技术中环形声呐阵列的分布示意图；

图2示意性示出根据本发明一个实施例的立体式声呐阵列正面示意图；

图3示意性示出根据本发明一个实施例的立体式声呐阵列俯视示意图；

图4示意性示出根据本发明一个实施例的立体式声呐阵列侧方示意图；

图5示意性示出根据本发明一个实施例的立体式声呐阵列立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明提供一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，所述系统布置在机器人上，包括：第一声呐1和第二声呐2构成的一阵列面，所述多个阵列面构成环形阵列；其中，所述第一声呐1和第二声呐2的垂直平分线上还设有第三声呐3，所述第三声呐3朝向所述第一声呐1和第二声呐2。

本发明采用立体式声呐阵列，即在环形声呐阵列的基础上，在相邻声呐探测器的盲区上方增加新的声呐探测器，与原来的声呐环组成新的立体声呐阵列；立体声呐阵列上方的新增声呐，可以探测环形阵列中的盲区，增加有效的探测区域。

进一步地，所述第三声呐3设置在机器人顶部，所述第三声呐3向斜下方发射探测信号，或者，所述声呐第三3设置在机器人底部，所述第三声呐3向斜上方发射探测信号。

所述第三声呐3的探测中心线与机器人的箱体具有一夹角，防止机器人箱体本身进入到立体式声呐阵列中。

其中，所述夹角为a/2，a为声呐3的探测角。

优选地，所述第一声呐1和第二声呐2间隔设置在机器人上，二者之间具有一定的距离，以形成检测范围较大的区域。

实施例1

如图2所示，为立体声呐阵列正面示意图。声呐1和声呐2为环形阵列声呐中相邻的两个声呐探测器；声呐3位于声呐1和声呐2垂直平分线上，并以一定的角度向斜下方发射探测信号。

如图3所示，为立体式声呐阵列的俯视图。可以看到，声呐1和声呐2之间的盲区被上方的声呐3发出的探测信号覆盖，极大的增加了有效探测区域，盲区面积大幅度缩小。

假设A点为障碍物所在位置。原有环形声呐阵列在机器人启动时，由于存在探测盲区，无法检测到该障碍物。本发明立体式声呐阵列中，机器人启动时，上方的声呐3可以检测到A点的障碍物，进而完成避障。因此，该立体式排列的声呐阵列，在机器人在启动时，可以探测到距离箱体更加接近的障碍物。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，如图4所示，为立体式声呐阵列的侧面图。为防止机器人箱体本身进入到立体式声呐阵列中，上方的声呐3探测中心线和机器人箱体夹角为α/2，其中α为声呐的探测角，使探测信号边界线与机器人箱体平行，巧妙的避免了箱体误入探测区域的情况。

如图5所示，为立体式声呐阵列的立体图，可以直观的观察立体式声呐阵列的排列方式。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，所述系统布置在机器人上，其特征在于，包括：声呐(1)和声呐(2)构成的一阵列面，所述多个阵列面构成环形阵列；

其中，所述声呐(1)和声呐(2)的垂直平分线上还设有声呐(3)，所述声呐(3)朝向所述声呐(1)和声呐(2)。

2.如权利要求1所述的基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，其特征在于，所述声呐(3)设置在机器人顶部，所述声呐(3)向斜下方发射探测信号。

3.如权利要求2所述的基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，其特征在于，所述声呐(3)设置在机器人底部，所述声呐(3)向斜上方发射探测信号。

4.如权利要求1或2或3所述的基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，其特征在于，所述声呐(3)的探测中心线与机器人的箱体具有一夹角。

5.如权利要求4所述的基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，其特征在于，所述夹角为a/2，其中，a为声呐(3)的探测角。

6.如权利要求1或2或3所述的基于立体式声呐阵列的机器人避障系统，其特征在于，所述声呐(1)和声呐(2)间隔设置在机器人上。