CN108196543A - 移动装置、移动装置的避障方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动装置，所述移动装置包括安装于所述移动装置上的超声波检测器以及处理器，所述超声波检测器包括本体，安装于本体上的若干超声波发射组件以及若干超声波接收组件，所述超声波发射组件以及所述超声波接收组件设置于所述本体的同一面，所述超声波接收组件接收所述超声波发射装置发射的超声波。本发明还公开了一种移动装置的避障方法及计算机可读存储介质。在移动装置的同一面设置多个超声波发射组件和多个超声波接收组件，多个超声波接收组件可以同时接收超声波发射组件发射的超声波信号，从而能够增大障碍物检测范围，为移动装置的有效避障提供保障。

Description

移动装置、移动装置的避障方法及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及超声波测距技术领域，尤其涉及移动装置、移动装置的避障方法及计算机可读存储介质。
背景技术
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
为使得移动机器人在检测到存在障碍物时能够有效避障，在移动机器人中安装多个超声波测距传感器来检测到障碍物的距离以及障碍物的轮廓，对障碍物进行准确的空间定位。
但是目前移动机器人使用的超声波测距传感器大都是收发一体的模块形式，一个传感器模块发射的超声波的回波通过本模块的接收组件接收，每个传感器模块独立进行障碍物检测。在安装多个模块时为避免模块间的相互干扰，需相互间隔较远距离并错开时间轮流进行检测，因此，在障碍物检测时存在检测盲区且耗时较长，移动机器人在运动过程中不能及时有效地避障。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种移动装置、移动装置的避障方法及计算机可读存储介质，旨在解决移动机器人在运动过程中不能及时有效地避障的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种移动装置，所述移动装置包括安装于所述移动装置上的超声波检测器以及处理器，所述超声波检测器包括本体，安装于本体上的若干超声波发射组件以及若干超声波接收组件，所述超声波发射组件以及所述超声波接收组件设置于所述本体的同一面，所述超声波接收组件接收所述超声波发射装置发射的超声波。
优选地，所述超声波发射组件与所述超声波接收组件间隔排列于所述本体上。
优选地，所述本体安装所述超声波发射组件以及所述超声波接收组件的安装面为弧面。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种移动装置的避障方法，所述移动装置的避障方法包括以下步骤：
在接收到移动信号时，开启所述移动信号对应的超声波发射组件和超声波接收组件；
控制当前开启的超声波发射组件发射超声波信号，获取超声波接收组件接收到的回波信号；
根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息；
依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向，以控制所述移动装置按照所述移动方向移动。
优选地，所述根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息的步骤包括：
在每次发射超声波信号后，获取接收到的回波信号对应的回波数据；
根据所述回波数据确定障碍点信息；
根据所述障碍点信息生成所述障碍物信息。
优选地，所述根据所述回波数据确定障碍点信息的步骤包括：
获取所述回波数据中所述超声波信号的传播时长、所述超声波信号对应的超声波发射组件和超声波接收组件的位置信息；
根据超声波传播速度、所述传播时长以及所述位置信息确定所述障碍点信息。
优选地，所述获取接收到的回波信号对应的回波数据的步骤包括：
获取所述回波信号的传播时长，判断所述回波信号的传播时长是否小于预设时长；
当所述回波信号的传播时长小于预设时长时，获取所述回波信号对应的回波数据。
优选地，所述依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向的步骤包括：
获取所述移动装置接收到的移动控制指令中的目的地信息，根据所述障碍物信息以及所述目的地信息确定所述移动装置的移动方向。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有移动控制程序，所述移动控制程序被处理器执行时实现如上任一项所述的移动装置的避障方法的步骤。
本发明实施例提出的一种移动装置、移动装置的避障方法及计算机可读存储介质，将移动装置中安装有超声波检测器和处理器，其中，超声波检测器包括多个超声波发射组件和多个超声波接收组件，且超声波发射组件和超声波接收组件安装在移动装置的同一面，以使超声波接收组件能够接收到超声波发射组件发射的超声波经障碍物发射后的回波。在移动装置的同一面设置多个超声波发射组件和多个超声波接收组件，多个超声波接收组件可以同时接收超声波发射组件发射的超声波信号，从而能够增大障碍物检测范围，为移动装置的有效避障提供保障。
附图说明
图1是本发明移动装置第一实施例中超声波检测器的结构示意图；
图2是本发明移动装置第二实施例中超声波检测器的结构示意图；
图3是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图；
图4为本发明移动装置的避障方法第一实施例的流程示意图；
图5为本发明移动装置的避障方法第二实施例中计算障碍物的障碍物信息的细化流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的主要解决方案是：
在接收到移动信号时，开启所述移动信号对应的超声波发射组件和超声波接收组件；
控制当前开启的超声波发射组件发射超声波信号，获取超声波接收组件接收到的回波信号；
根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息；
依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向，以控制所述移动装置按照所述移动方向移动。
由于现有技术中移动机器人使用的超声波测距传感器大都是收发一体的模块形式，一个传感器模块发射的超声波的回波通过本模块的接收组件接收，每个传感器模块独立进行障碍物检测。在安装多个模块时为避免模块间的相互干扰，需相互间隔较远距离并错开时间轮流进行检测，因此，在障碍物检测时存在检测盲区且耗时较长，移动机器人在运动过程中不能及时有效地避障。
本发明提供一种解决方案，将移动装置中安装有超声波检测器和处理器，其中，超声波检测器包括多个超声波发射组件和多个超声波接收组件，且超声波发射组件和超声波接收组件安装在移动装置的同一面，以使超声波接收组件能够接收到超声波发射组件发射的超声波经障碍物发射后的回波。在移动装置的同一面设置多个超声波发射组件和多个超声波接收组件，多个超声波接收组件可以同时接收超声波发射组件发射的超声波信号，从而能够增大障碍物检测范围，为移动装置的有效避障提供保障。
如图1所示，图1是发明移动装置器第一实施例中超声波检测器的结构示意图。
本发明提供一种移动装置，移动装置中包括如图1所示的超声波检测器以及处理器，其中，超声波检测器包括本体10，本体10上安装有多个超声波发射组件20以及多个超声波接收组件30，超声波发射组件20与超声波接收组件30安装在本体10的同一面，以使超声波发射组件20发射超声波后，超声波被障碍物反射的回波信号能够有效地被安装与同一面的超声波接收组件30接收到，进而可以根据接收到的回波信号获取障碍物信息，控制移动装置有效避障。同时，由于所有超声波发射组件20以及超声波接收组件30均由移动装置的处理器独立控制，在前一超声波发射组件20发射超声波后，后一超声波发射组件20即可发送超声波，无需等待所有反射的回波信号接收到之后再进行超声波的发射，节约超声波发射时间，提高障碍物的检测效率。
此外，超声波发射组件20和超声波接收组件30间隔排列在本体10上，即表明两个超声波发射组件20中间可以排列一个或多个超声波接收组件30，以增大超声波接收组件30接收超声波回波信号的有效范围，有利于接收到更多的超声波回波信号，障碍物信息的获取更加准确。
在本实施例中，在移动装置中安装有超声波检测器和处理器，超声波检测器中包括本体10，在本体10上安装若干个超声波发射组件20以及若干个超声波接收组件30，且超声波发射组件20与超声波接收组件30安装在本体10的同一面。处理器可以控制超声波发射组件20发射超声波，超声波接收组件30接收到超声波的回波信号后，将超声波回波信号发送至处理器，处理器根据回波信号控制移动装置进行避障操作。通过超声波发射组件20与超声波接收组件30安装在本体10的同一面，以使超声波发射组件20发射超声波后，超声波被障碍物反射的回波信号能够有效地被安装与同一面的超声波接收组件30接收到，进而可以根据接收到的回波信号获取障碍物信息，控制移动装置有效避障。
如图2所示，图2是发明移动装置器第二实施例中超声波检测器的结构示意图。
为了移动装置能够检测到四周的障碍物存在情况，可以依据移动装置的形状特征，将超声波检测器的本体10安装超声波发射组件20与超声波接收组件30的安装面11设置为弧面。
在本实施例中，通过将本体10安装超声波发射组件20与超声波接收组件30的安装面11设置为弧面，增加超声波检测器的检测范围，有利于移动该装置检测其四周障碍物存在情况，有助于移动装置移动过程中选择合适移动方向，避免碰撞障碍物。
如图3所示，图3是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图。
本发明实施例装置可以是移动机器人，还可以是扫地机器人、送餐机器人等移动装置。
如图1所示，该装置可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1003，存储器1004，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。网络接口1003可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1004可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1004可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图3中示出的装置结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图3所示，作为一种计算机存储介质的存储器1004中可以包括操作系统、网络通信模块以及移动控制程序。
在图3所示的装置中，网络接口1003主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1004中存储的移动控制程序，并执行以下操作：
控制当前开启的超声波发射组件依次发射超声波信号，获取超声波接收组件接收到的回波信号；
根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息；
依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向，以控制所述移动装置按照所述移动方向移动。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1004中存储的移动控制程序，还执行以下操作：
在每次发射超声波信号后，获取接收到的回波信号对应的回波数据；
根据所述回波数据确定障碍点信息；
在所有超声波发射组件均已发射超声波信号时，根据所述障碍点信息生成所述障碍物信息。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1004中存储的移动控制程序，还执行以下操作：
获取所述回波数据中所述超声波信号的传播时长、所述超声波信号对应的超声波发射组件和超声波接收组件的位置信息；
根据预设超声波传播速度、所述传播时长以及所述位置信息确定所述障碍点信息。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1004中存储的移动控制程序，还执行以下操作：
获取所述回波信号的传播时长，判断所述回波信号的传播时长是否小于预设时长；
当所述回波信号的传播时长小于预设时长时，获取所述回波信号对应的回波数据。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1004中存储的移动控制程序，还执行以下操作：
获取所述移动装置接收到的移动控制指令中的目的地信息，根据所述障碍物信息以及所述目的地信息确定所述移动装置的移动方向。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1004中存储的移动控制程序，还执行以下操作：
在接收到移动信号时，开启所述移动信号对应的超声波发射组件和所有超声波接收组件。
参照图4，提出本发明移动装置的避障方法第一实施例，所述移动装置的避障方法包括：
步骤S10，在接收到移动信号时，开启所述移动信号对应的超声波发射组件和所有超声波接收组件。
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波。由于超声波指向性强，穿透能力强，易于获得较集中的声能，能量消耗缓慢，在碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
超声波检测器包括超声波发射组件和超声波接收组件，其中，超声波发射组件发射超声波，超声波接收组件接收由障碍物发射后的超声波回波。
在移动装置接收到移动信号时，根据移动信号对应的移动方位等信息确定要开启的超声波发射组件，该开启的超声波发射组件对应的发射的超声波发射方向与移动装置的移动方向的夹角在一定的范围内，以保证能够检测到移动装置移动的过程中可触及的障碍物均能够被检测到。有针移动方位，控制超声波的发射方向，减少不必要的超声波发射以及回波信号的数据处理，缩短移动装置获取障碍物信息的时间，提高移动装置的避障效率。例如，当移动装置后退时，此时需要检测移动装置后方区域内有无障碍物，故，开启移动装置后方为一定区域内的超声波发射组件，而对于移动装置的两侧以及前方设置的超声波发射组件则无需开启。
步骤S20，控制当前开启的超声波发射组件发射超声波信号，获取超声波接收组件接收到的回波信号。
步骤S30，根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息。
移动装置中检测当前开启的超声波发射组件，控制当前开启的超声波发射组件发射超声波信号，当超声波信号遇到障碍物时反射回来，移动装置中的超声波接收组件接收到超声波经障碍物反射后的回波信号。将第一个发射超声波的超声波发射组件发射超声波信号至最后一个超声波发射组件发射完超声波信号后一定预设时间，记录为一次障碍物检测周期。当一个检测周期结束一定时间间隔后开始进入下个检测周期检测障碍物信息。其中，由于所有超声波发射组件以及超声波接收组件均由移动装置的处理器独立控制，在前一超声波发射组件发射超声波后，后一超声波发射组件即可发送超声波，无需等待所有反射的回波信号接收后再进行超声波的发射，节约超声波发射时间，提高障碍物的检查效率。
获取一个检测周期内接收到的所有回波信号，并将该回波信号发送至移动装置的处理器，处理器将接收到的回波信号计算出障碍物的位置、形状以及大小等信息。
步骤S40，依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向，以控制所述移动装置按照所述移动方向移动。
根据移动装置的移动目的地判断检测到的障碍物是否对当前的移动存在阻碍。当判定检测到的障碍物对当前的移动存在阻碍时，根据目的地的位置信息以及障碍物的位置、形状以及大小等信息，得到到达目的地耗时最短且不会触碰障碍物的移动方向，并沿着该移动方向移动。
在本实施例中，根据接收到的移动信号开启对应的超声波发射组件和所有的超声波接收组件，有针移动方位，控制超声波的发射方向，进一步控制当前开启的超声波发射组件发射超声波，获取超声波接收组件接收到的回波信号，根据回波信号计算出障碍物的位置、形状以及大小等障碍物信息，根据检测到的障碍物信息确定移动装置的移动方向，使得移动装置可以按照确定出的移动方向移动。通过多个超声波发射组件以及多个超声波接收组件增大障碍物检测范围，检测障碍物位置的同时能够准确检测到障碍物的形状大小，为移动装置的有效避障提供保障，提高移动装置的移动效率。
参照图5，本发明移动装置的避障方法第二实施例中计算障碍物的障碍物信息的细化流程示意图，基于上述第一实施例，所述步骤S20包括：
步骤S21，在每次发射超声波信号后，获取接收到的回波信号对应的回波数据。
步骤S22，根据所述回波数据确定障碍点信息。
超声波传播时长的获取方法是，在超声波发射组件发射超声波时开始计时，到该超声波的反射回波被接收到后停止计时。
将每次发射出的超声波对应的回波信号中对应的回波数据进行数据分析。在回波数据中获取到该回波中的超声波发射组件和超声波接收组件的位置信息以及超声波的传播时长，再结合超声波的传播速度可以通过距离的计算公式、三角函数运算、三点定位算法计算出超声波传播过程中反射的障碍点的位置信息。
步骤S23，根据所述障碍点信息生成所述障碍物信息。
将所有发射出的超声波对应的回波信号进行数据分析得到所有障碍点的位置信息。根据所有障碍点的位置信息可以组合得到空间立体的障碍物的位置、形状以及大小等信息。
此外，为避免环境干扰以及超声波信号经多次发射，在超声波接收组件接收回波信号时，获取回波信号的传播时长，只获取一定传播时长内接收到回波信号对应的回波数据，进行障碍点信息检测；对于传播时长大于一定时长的回波信号，不对其回波信号对应的回波数据进行分析。
在本实施例中，在每次发生超声波信号后，获取接收到的回波信号对应的回波数据，根据回波数据计算出障碍点信息，在所有超声波发射组件都已经发射完超声波信号时，将得到的所有障碍点信息生成障碍物信息，由点及面，获取到的障碍物信息更加空间立体化，为移动装置的避障提供全面的障碍物信息，提高移动装置避障的有效性。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有移动控制程序，所述移动控制程序被处理器执行时实现如上各个实施例所述的移动装置的避障方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种移动装置，其特征在于，所述移动装置包括安装于所述移动装置上的超声波检测器以及处理器，所述超声波检测器包括本体，安装于本体上的若干超声波发射组件以及若干超声波接收组件，所述超声波发射组件以及所述超声波接收组件设置于所述本体的同一面，所述超声波接收组件接收所述超声波发射装置发射的超声波。
2.如权利要求1所述的移动装置，其特征在于，所述超声波发射组件与所述超声波接收组件间隔排列于所述本体上。
3.如权利要求2所述的移动装置，其特征在于，所述本体安装所述超声波发射组件以及所述超声波接收组件的安装面为弧面。
4.一种移动装置的避障方法，其特征在于，所述移动装置的避障方法包括以下步骤：
在接收到移动信号时，开启所述移动信号对应的超声波发射组件和超声波接收组件；
控制当前开启的超声波发射组件发射超声波信号，获取超声波接收组件接收到的回波信号；
根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息；
依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向，以控制所述移动装置按照所述移动方向移动。
5.如权利要求4所述的移动装置的避障方法，其特征在于，所述根据所述回波信号对应的回波数据计算出所述障碍物的障碍物信息的步骤包括：
在每次发射超声波信号后，获取接收到的回波信号对应的回波数据；
根据所述回波数据确定障碍点信息；
根据所述障碍点信息生成所述障碍物信息。
6.如权利要求5所述的移动装置的避障方法，其特征在于，所述根据所述回波数据确定障碍点信息的步骤包括：
获取所述回波数据中所述超声波信号的传播时长、所述超声波信号对应的超声波发射组件和超声波接收组件的位置信息；
根据超声波传播速度、所述传播时长以及所述位置信息确定所述障碍点信息。
7.如权利要求5所述的移动装置的避障方法，其特征在于，所述获取接收到的回波信号对应的回波数据的步骤包括：
获取所述回波信号的传播时长，判断所述回波信号的传播时长是否小于预设时长；
当所述回波信号的传播时长小于预设时长时，获取所述回波信号对应的回波数据。
8.如权利要求4所述的移动装置的避障方法，其特征在于，所述依据所述障碍物信息确定移动装置的移动方向的步骤包括：
获取所述移动装置接收到的移动控制指令中的目的地信息，根据所述障碍物信息以及所述目的地信息确定所述移动装置的移动方向。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有移动控制程序，所述移动控制程序被处理器执行时实现如权利要求4至8中任一项所述的移动装置的避障方法的步骤。
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