CN107024695A - 用于机器人避障的超声波测距传感器系统及其控制方法 - Google Patents

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曹金龙
马叶
柳泽宇
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Abstract

本发明公开了一种用于机器人避障的超声波测距传感器系统及其控制方法，包括K个超声波测距传感器，超声波测距传感器的布置轨迹呈半圆弧形，连续N个超声波测距传感器分为一组，将每组中的N个超声波测距传感器按1到N重新依次编号，编号相同的超声波测距传感器作为一组，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，同一Ge组的超声波测距传感器同时工作。与现有技术相比，本发明针对超声波测距传感器的宽角度、易反射、干扰强的特点，采用分组分时启动超声波测距传感器的控制策略采集超声波测距传感器的数据；采集到的超声波测距传感器数据准确、稳定，而且本发明实现方法简单有效。

Description

用于机器人避障的超声波测距传感器系统及其控制方法
技术领域
本发属于机器人避障领域，涉及一种用于机器人避障的超声波测距传感器系统及其控制方法。
背景技术
目前，超声波测距传感器在精确环境探测中应用并不十分广泛，究其原因，超声波具有易发生折射反射、相互干扰强、噪声大等特点。但是，相对于其他精确的测距传感器，超声波测距传感器也有很多优点，比如成本低，探测范围非平面，测距准确等。如何既能有效利用超声波测距传感器的这些优点，而又有效的屏蔽超声波测距传感器的缺点，是超声波测距传感器在应用中不可避免的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种用于机器人避障的超声波测距传感器系统及其控制方法，该方法可有效降低超声波测距传感器之间的相互噪声干扰。
用于机器人避障的超声波测距传感器系统，包括K个超声波测距传感器，超声波测距传感器的辐射角度为θ，最大有效探测距离为s，超声波的传播速度为v，超声波测距传感器的布置轨迹呈半圆弧形，相邻两个超声波测距传感器之间的安装偏角为αi，i的取值范围为1到K‐1，K个超声波测距传感器按1到K依次编号；从第1号超声波测距传感器开始，以连续N(N≥n)个超声波测距传感器为一组，其中n满足：
每组中的N个超声波测距传感器按1到N重新依次编号，所有超声波测距传感器中编号相同的超声波测距传感器作为一组，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，同一Ge组的超声波测距传感器同时工作，相邻的Ge组超声波测距传感器的工作间隔时间为t，t＝2s/v。
用于机器人避障的超声波测距传感器系统的控制方法，采取分组分时启动超声波测距传感器的控制策略采集超声波测距传感器的数据，包括以下步骤：
(1)设超声波测距传感器的辐射角度为θ，最大有效探测距离为s，超声波的传播速度为v，探测系统中超声波测距传感器的数量为K，并依次编号为1，2，…，K；相邻两个超声波测距传感器的安装偏角为αi，i＝1，2，…，K‐1；
(2)从第1号超声波测距传感器开始，以连续N(N≥n)个超声波测距传感器为一组，其中n满足：
将每组中的N个超声波测距传感器重新依次编号为1，2，3，…，N；
(3)第一次分组后，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，同一Ge组的超声波测距传感器可同时工作而不相互影响；
(4)相邻的Ge组超声波测距传感器的工作间隔时间为t，
t＝2s/v；
(5)在步骤(2)中，取N＝n，将使得超声波探测系统的采样频率最高，此时，探测系统的工作频率为：
本发明与现有技术相比，有益效果在于：采用本发明的超声波测距传感器控制方法，可以有效的降低探测系统中超声波测距传感器之间的相互干扰，使得超声波测距传感器的测量数据稳定可靠。并且，本发明方法逻辑简单，实现容易。
附图说明
图1是本发明用于机器人避障的超声波测距传感器系统的结构示意图；
图2是分组过程示意图；
图3是本发明最终分组示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
用于机器人避障的超声波测距传感器系统，包括K个超声波测距传感器，超声波测距传感器的辐射角度为θ，最大有效探测距离为s，超声波的传播速度为v，超声波测距传感器的布置轨迹呈半圆弧形，相邻两个超声波测距传感器之间的安装偏角为αi，i的取值范围为1到K‐1，K个超声波测距传感器按1到K依次编号；从第1号超声波测距传感器开始，以连续N(N≥n)个超声波测距传感器为一组，其中n满足：
每组中的N个超声波测距传感器按1到N重新依次编号，所有超声波测距传感器中编号相同的超声波测距传感器作为一组，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，同一Ge组的超声波测距传感器同时工作，相邻的Ge组超声波测距传感器的工作间隔时间为t，t＝2s/v。
用于机器人避障的超声波测距传感器系统的控制方法，采取分组分时启动超声波测距传感器的控制策略采集超声波测距传感器的数据，包括以下步骤：
(1)设超声波测距传感器的辐射角度为θ，最大有效探测距离为s，超声波的传播速度为v，探测系统中超声波测距传感器的数量为K，并依次编号为1，2，…，K；相邻两个超声波测距传感器的安装偏角为αi，i＝1，2，…，K‐1；
(2)从第1号超声波测距传感器开始，以连续N(N≥n)个超声波测距传感器为一组，其中n满足：
将每组中的N个超声波测距传感器重新依次编号为1，2，3，…，N；
(3)第一次分组后，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，同一Ge组的超声波测距传感器可同时工作而不相互影响；
(4)相邻的Ge组超声波测距传感器的工作间隔时间为t，
t＝2s/v；
由于超声波测距传感器最大有效探测距离的限制，传感器发射的超声波将在t时间后能量消耗殆尽，可以有效的避免不同组之间的超声波干扰，而不需要考虑超声波的折射反射问题；
(5)在步骤(2)中，取N＝n，将使得超声波探测系统的采样频率最高，此时，探测系统的工作频率为：
实施例
本实施例采用HC-SR04超声波测距传感器，主要参数如下：
S＝4000mm，
θ＝30°，
如图1所示，本实施例采用圆弧形超声波阵列，超声波测距传感器在圆弧上均匀分布，主要参数如下：
K＝13，
αi＝15°，
如图1所示，将13个超声波测距传感器依次编号为1，2，…，13。
根据步骤(2)的原理，在此实施例中，为避免干扰，第一次分组中，每一组的超声波测距传感器的最小数量为:
代入参数后求得n为3。
取N＝n，将超声波测距传感器再次编号如图2所示。
最终的Gi分组如图3所示，如不考虑多次反射干扰，纹理相同的超声波测距传感器可同时工作，而不相互干扰。
根据HC-SR04的最大量程，设当前声速为v＝340m/s，求得:
t≥23529us；
最后，取t＝25ms，在Gi之间插入25ms的延时，此时，探测系统的工作频率为：
尽管本发明的内容已经通过上述实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.用于机器人避障的超声波测距传感器系统，其特征在于：包括K个超声波测距传感器，超声波测距传感器的辐射角度为θ，最大有效探测距离为s，超声波的传播速度为v，超声波测距传感器的布置轨迹呈半圆弧形，相邻两个超声波测距传感器之间的安装偏角为αi，i的取值范围为1到K‐1，K个超声波测距传感器按1到K依次编号；从第1号超声波测距传感器开始，以连续N(N≥n)个超声波测距传感器为一组，其中n满足：
每组中的N个超声波测距传感器按1到N重新依次编号，所有超声波测距传感器中编号相同的超声波测距传感器作为一组，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，同一Ge组的超声波测距传感器同时工作，相邻的Ge组超声波测距传感器的工作间隔时间为t，t＝2s/v。
2.根据权利要求1所述的用于机器人避障的超声波测距传感器系统的控制方法，其特征在于：采取分组分时启动超声波测距传感器的控制策略采集超声波测距传感器的数据，包括以下步骤：
(1)设超声波测距传感器的辐射角度为θ，最大有效探测距离为s，超声波的传播速度为v，探测系统中超声波测距传感器的数量为K，并依次编号为1，2，…，K；相邻两个超声波测距传感器的安装偏角为αi，i＝1，2，…，K‐1；
(2)从第1号超声波测距传感器开始，以连续N(N≥n)个超声波测距传感器为一组，其中n满足：
将每组中的N个超声波测距传感器重新依次编号为1，2，3，…，N；
(3)第一次分组后，重新分组为Ge，e的取值范围为1到N，不考虑超声波的折射时，
同一Ge组的超声波测距传感器可同时工作而不相互影响；
(4)相邻的Ge组超声波测距传感器的工作间隔时间为t，
t＝2s/v；
(5)在步骤(2)中，取N＝n，将使得超声波探测系统的采样频率最高，此时，探测系统的工作频率为：
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