CN108733041A - 自动移动设备及其超声避障方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动移动设备及其超声避障方法，可以获得更为准确的障碍物方位信息，并且具有比较完整的避障保护空间。该自动移动设备包括超声波组件，所述超声波组件包括多个超声波传感器，设置在所述自动移动设备的壳体内且面向所述自动移动设备的行走方向的前方，当所述壳体放置在参考面上时，所述多个超声波传感器的轴线位于所述参考面上的投影相交于所述多个超声波传感器的后方，从而各超声波传感器覆盖的检测区具有不同的朝向，并且在所述壳体的前方组合成超声避障区域。

Description

自动移动设备及其超声避障方法
技术领域
本发明涉及智能控制领域，尤其是涉及一种自动移动设备及其超声避障方法。
背景技术
随着计算机技术和人工智能技术的不断进步，智能的自动移动设备陆续面世。自动移动设备可根据预先设置的程序自动执行任务，无须人为的干预，因此在工业和家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如吸尘器，割草机等。
自动移动设备需要能够感应障碍或者边界，据此停止行走、转向、然后离开。超声避障是自动移动设备广泛使用的避障方式。自动移动设备一种已有的的超声避障方案是在设备前端(即行走方向的前端)相邻地设置两个超声波传感器(ultrasonic transducer)，一个超声波传感器仅负责发射超声波信号，超声波碰到前方障碍物时会发生反射。另一个超声波传感器仅负责采集反射回来的反射波信号。自动移动设备根据发射波信号及反射波信号的时间差来计算出设备和障碍物之间的距离。
另一种超声避障方案是在设备前端设置单个超声波传感器。超声波传感器发射超声波信号的同时开始采集超声波信号。超声波传感器经由一个高压脉冲进行超声波发射，在脉冲结束后，超声波传感器会有一个比较长时间的余震。因此超声波传感器所采集的超声波信号会包括发射波信号和反射波信号。自动移动设备根据发射波信号及反射波信号的时间差来计算出设备和障碍物之间的距离。如前所述，发射超声波信号后的超声波传感器会有一个比较长时间的余震，在这个余震的时间段内，声波的反射波信号是没有办法跟发射波信号区分的，从而形成超声波传感器的测距盲区。余震的时间不同，测距盲区也相应不同。一般超声波传感器的测距盲区的盲区半径大于30厘米。因此，采用超声波传感器作为非接触式避障手段的自动移动设备无法判断距离超声波传感器30厘米以内的障碍物。为了避免碰撞障碍物，自动移动设备采取反应动作的距离必须要大于盲区半径。因此单个超声波传感器使得设备和障碍物之间的距离比较远才能工作，近距区域很难工作。
上述这两种方案可以获知障碍物大致位于超声波传感器前方，但无法确定障碍物的具体方位。并且这两种方案如果要获得较宽的避障保护范围，需要将超声波传感器靠设备的后端放置，但这容易使超声波传感器被设备上的其他部件遮挡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供自动移动设备及其超声避障方法，可以获得更为准确的障碍物方位信息，并且具有比较完整的避障保护空间。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种自动移动设备，包括超声波组件，所述超声波组件包括多个超声波传感器，设置在所述自动移动设备的壳体内且面向所述自动移动设备的行走方向的前方，当所述壳体放置在参考面上时，所述多个超声波传感器的轴线位于所述参考面上的投影相交于所述多个超声波传感器的后方，从而各超声波传感器覆盖的检测区具有不同的朝向，并且在所述壳体的前方组合成超声避障区域。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器紧凑地靠近在所述壳体的中轴线布置。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器分散地布置所述壳体的中轴线两侧。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中，至少有两个相邻的超声波传感器的检测区恰好贴合。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中，至少有两相邻的超声波传感器的检测区之间存在空白区域。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中，至少有两个超声波传感器之间存在公共检测区，且公共检测区覆盖在所述自动移动设备的行走方向的前方部分。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器均为收发一体的超声波传感器。
在本发明的一实施例中，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第三超声波传感器为单收的超声波传感器，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器为收发一体的超声波传感器。
在本发明的一实施例中，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第三超声波传感器为单发的超声波传感器，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器为收发一体的超声波传感器。
在本发明的一实施例中，各超声波传感器配置为具有：第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器配置为同时处于第一发射状态。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器配置为轮流处于第一发射状态。
在本发明的一实施例中，当至少有两个超声波传感器之间存在公共检测区时，各超声波传感器配置为具有第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号，且检测区重叠的两个超声波传感器还配置为具有监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；当所述两个超声波传感器的其中之一处于所述第一发射状态时，其中之另一处于所述监听状态。
在本发明的一实施例中，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器配置为具有第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号，所述第三超声波传感器还配置为具有监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；当所述第一超声波传感器或所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态时，所述第三超声波传感器处于所述监听状态。
在本发明的一实施例中，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器配置为具有第一发射状态和监听状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；所述第三超声波传感器还配置为具有第二发射状态，在所述第二发射状态，发射超声波信号而不监听超声波信号；当所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态时，所述第三超声波传感器不工作；当所述第三超声波传感器处于所述第二发射状态时，所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器处于所述监听状态。
在本发明的一实施例中，处于监听状态的超声波传感器，接收处于发射状态的超声波传感器的同步信号。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器与所述自动移动设备的壳体边缘的距离略大于或等于所述多个超声波传感器的检测盲区的尺寸。
在本发明的一实施例中，所述超声避障区域覆盖所述自动移动设备的前方和部分侧方。
在本发明的一实施例中，所述各超声波传感器的波形垂直于前进方向的截面为椭圆形，且所述椭圆形的长轴与水平面的夹角在±45度之间。
在本发明的一实施例中，所述各超声波传感器的波形沿前进方向的竖直截面为椭圆形，且所述椭圆形的长轴与水平面的夹角在±30度之间。
本发明还提出一种自动移动设备的超声避障方法，所述自动移动设备包括设置在所述自动移动设备的壳体内且面向所述自动移动设备的行走方向的前方，当所述壳体放置在参考面上时，所述多个超声波传感器的轴线在所述参考面上的投影相交于所述多个超声波传感器的后方，从而各超声波传感器的检测区具有不同的朝向，并且在所述壳体的前方组合成超声避障区域，所述方法包括以下步骤：使各超声波传感器分别处于第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号；根据各超声波传感器所监听的反射超声波信号确定各个检测区的障碍物的距离。
在本发明的一实施例中，超声避障方法包括使所述多个超声波传感器同时处于第一发射状态。
在本发明的一实施例中，超声避障方法包括使所述多个声变送器为轮流处于第一发射状态。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中，至少有两个相邻的超声波传感器的检测区恰好贴合；以及/或者所述多个超声波传感器中，至少有两相邻的超声波传感器的检测区之间存在空白区域。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中两个第一超声波传感器和第二超声波传感器之间存在公共检测区，且公共检测区覆盖在所述自动移动设备的行走方向的前方部分，所述方法还包括以下步骤：使所述第一超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第二超声波传感器处于监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；使所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第一超声波传感器处于监听状态；根据处于第一发射状态的超声波传感器和处于监听状态的超声波传感器所监听的反射超声波信号，确定各检测区区的障碍物的距离。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区，所述方法在使所述第一超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第三超声波传感器处于监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；且在使所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第三超声波传感器处于监听状态；且所述方法是根据处于第一发射状态的超声波传感器和处于监听状态的超声波传感器所监听的反射超声波信号，确定各检测区区的障碍物的距离。
在本发明的一实施例中，所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区，所述方法还包括以下步骤：使所述第三超声波传感器处于所述第二发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器处于监听状态；且所述方法是根据处于第二发射状态的超声波传感器和根据处于监听状态的超声波传感器所监听的反射超声波信号确定各公共检测区的障碍物的距离。
在本发明的一实施例中，处于监听状态的超声波传感器，接收处于发射状态的超声波传感器的同步信号。
与现有技术相比，本发明通过超声波传感器的布局，能够获得比较准确的障碍物方位信息，并且具有比较完整的避障保护空间。进一步，结合超声波传感器工作状态的配置和相互配合，本发明能够进一步提高障碍物方位的分辨能力。
附图说明
图1是本发明的自动移动设备的第一实施例的超声波传感器布置图。
图2是本发明的自动移动设备的第一实施例的超声波传感器布置图的一个变化例。
图3是本发明的自动移动设备的第一实施例的超声波传感器布置图的另一个变化例。
图4是图1所示自动移动设备的超声避障架构图。
图5是本发明的超声避障方法的第一实施例的流程图。
图6是本发明的超声避障方法的第二实施例的流程图。
图7是本发明的超声避障方法的第三实施例的流程图。
图8是本发明的超声避障方法的第四实施例的流程图。
图9是本发明的自动移动设备的第二实施例的超声波传感器布置图。
图10A是本发明的自动移动设备的一实施例的超声波传感器的波形沿前进方向的竖直截面示意图。
图10B是本发明的自动移动设备的一实施例的超声波传感器的波形垂直于前进方向的截面示意图。
图10C是本发明的自动移动设备的另一实施例的超声波传感器的波形沿前进方向的竖直截面示意图。
图11是本发明的自动移动设备的第三实施例的超声波传感器布置图。
图12是本发明的自动移动设备的第三实施例的超声波传感器布置图的一个变化例。
图13是本发明的自动移动设备的第三实施例的超声波传感器布置图的另一个变化例。
图14是本发明的自动移动设备的第三实施例的超声波传感器布置图的另一个变化例。
图15是本发明的超声避障方法的第五实施例的流程图。
图16是本发明的超声避障方法的第六实施例的流程图。
图17是本发明的超声避障方法的第七实施例的流程图。
图18是本发明的自动移动设备的第四实施例的超声波传感器布置图。
图19是本发明的超声避障方法的第八实施例的流程图。
图20为本发明的自动移动设备的有效检测范围内障碍物情况不同所对应的超声波组件接收信号情况示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明的实施例描述自动移动设备及其超声避障方法，能够在一定超声波传感器数目的情况下，获得比较准确的障碍物方位信息，并且具有比较完整的避障保护空间。在本发明的上下文中，自动移动设备可为工业上的应用的设备，如执行各种功能的机器人，也可为家居设备，例如吸尘器，割草机等。在本发明的上下文中，超声如本领域技术人员所理解的，是频率高于20KHz的声波。
本发明实施例的自动移动设备包括超声波组件。该超声波组件包括多个超声波传感器，设置在该自动移动设备的壳体内且面向自动移动设备的行走方向的前方。当壳体放置在参考面上时，多个超声波传感器的轴线位于参考面上的投影相交于该多个超声波传感器的后方，从而各超声波传感器覆盖的检测区具有不同的朝向，并且在该壳体的前方组合成超声避障区域。在本发明的上下文中，“前方”应做宽泛理解，可以是正前方，也可以是侧前方。另外，如果自动移动设备具有不止一个行走方向，那么可以在每个行走方向上都设置两个超声波传感器。
超声波传感器的数量是多种多样的，例如2个，3个或者更多。在满足多个超声波传感器的轴线位于参考面上的投影相交于超声波传感器的后方的基础上，多个超声波传感器在壳体内的布置也可以是多种多样的。
在本发明的上下文中，检测区是指能够检测到障碍物的区域。在本发明的各实施例中，超声波传感器可以是收发一体的传感器，既能够发出超声波信号，也能够接收超声波信号。超声波传感器也可以是单发的传感器，仅负责发射超声波信号。超声波传感器还可以是单收的传感器，仅负责接收超声波信号。这些超声波传感器具有发射角度范围和/或接收角度范围，从而覆盖一个检测区。
具体来说，收发一体的传感器可以单独覆盖一个检测区；在此检测区内，超声波传感器发射超声波信号，并且通过接收的超声波信号判断此检测区内的障碍物。单发的传感器需要与其他能够接收超声波信号的传感器(如收发一体的传感器和/或单收的传感器)组合来覆盖一个检测区；在此检测区内，单发的超声波传感器发射超声波信号，其他能够接收超声波信号的传感器通过接收的超声波信号判断此检测区内的障碍物。单收的传感器也需要与其他能够发射超声波信号的传感器(如收发一体的传感器和/或单发的传感器)组合来覆盖一个检测区；在此检测区内，其他能够发射超声波信号的传感器发射超声波信号，单收的超声波传感器通过接收的超声波信号判断此检测区内的障碍物。当单收或者单发的传感器与收发一体的传感器组合来覆盖一个检测区时，实际上是对收发一体的传感器的原有检测区的进一步划分，从而能够更准确地定位障碍物。收发一体的传感器也可以相互组合，来形成公共的检测区。在公共检测区内，收发一体的传感器均可以检测到障碍物。公共检测区实际上也是对收发一体的传感器的原有检测区的进一步划分，从而能够更准确地定位障碍物。
可以根据各超声波传感器所覆盖的检测区，来配置各超声波传感器的各种工作模式，例如发射超声波信号、接收超声波信号，以及/或者发射超声波信号的同时接收超声波信号等。
在本发明的各实施例中，可以根据超声避障区域和障碍物定位的需要，灵活地选择超声波传感器的类型、布置位置、工作方式等。下面详细描述各实施例的细节。
自动移动设备的第一实施例
图1是本发明的自动移动设备的第一实施例的超声波传感器布置图。参考图1所示，本实施例的自动移动设备10包括由两个超声波传感器(ultrasonic transducer)11和12组成的超声波组件。超声波传感器11和12均为收发一体的超声波传感器，既能够发出超声波信号，也能够接收超声波信号。两个超声波传感器11和12设置在自动移动设备10的壳体内且面向自动移动设备10的行走方向的前方。如果自动移动设备10具有不止一个行走方向，那么可以在每个行走方向上都设置两个超声波传感器。本实施例的超声波传感器11和12 基本上相对于自动移动设备10的壳体的中轴线X对称布置，且与中轴线X有一定的距离。
自动移动设备10的前侧具有两个开口(图未示)，分别对应超声波传感器11和12。通过开口的限定，每个超声波传感器具有一个通常为橄榄形的立体发射角度范围和接收角度范围。这一橄榄形立体角度范围在水平面上的投影为椭圆形。例如图1示意超声波传感器11具有椭圆形范围A，超声波传感器 12具有椭圆形范围B。可以理解，期望范围A、B的角度较大以覆盖更大的区域。作为举例，椭圆形范围A和椭圆形范围B的角度大约为80-90度。另外，这一橄榄形立体角度范围在前进方向上的竖直截面也为椭圆形，如图10A所示。
作为收发一体的超声波传感器11，在椭圆形范围A内距离超声波传感器 11较近处会有检测盲区。对于超声波传感器12也是如此。为此，将超声波传感器11、12与自动移动设备10的壳体边缘的距离设置成略大于或等于检测盲区的尺寸。这一距离是根据超声波传感器的性能和设备的尺寸而定。举例来说，这一距离大约为200mm。这样，超声波传感器11和超声波传感器12的检测范围通常是椭圆形范围中位于壳体边缘外的区域。如图1所示，这一检测范围类似于一个条形，超声波传感器11和超声波传感器12分别具有左检测区A1(图中左斜线阴影区域)和右检测区B1(图中右斜线阴影区域)。在未图示的实施例中，两个超声波传感器的检测范围可以是分别其他形状，例如弧线形。这一检测范围的形状可以根据自动移动设备10的机型、尺寸等因素来决定。
两个相邻的超声波传感器11、12可布置为检测区在自动移动设备10前方的预定距离d内相互贴合。例如图1所示，超声波传感器11、12所形成的两个相邻的左检测区A1和右检测区B1在中轴线X处贴合。预定距离与自动移动设备对前方的避障保护作用有关，这将在后文描述。检测区在自动移动设备10的前方预定距离内也可不相互贴合。例如在图2所示的变化例中，两个相邻的左检测区A2和右检测区B2在自动移动设备10的前方的一部分，即在预定距离d内没有贴合，留下空白区域N。可以理解，空白区域N向前延伸得越远，自动移动设备对前方的避障保护越弱。因此希望空白区域N尽量小，以起到更好的避障作用。
检测区在自动移动设备10的前方预定距离d内还可以相互重叠。举例来说，在图3所示的优选例中，由于角度范围A、B的椭圆形形状，两个相邻的左检测区和右检测区部分地重叠，且重叠区域覆盖自动移动设备10的前方预定距离d，从而形成了新的检测区C1(竖线阴影区域)，此时左检测区A3(左斜线阴影区域)和右检测区B3(右斜线阴影区域)相应缩小。在本实施例中，超声波传感器11、12分别朝左前方和右前方，使得它们的轴线X1、X2在它们的后方(相对于行走方向的前方而言)相交。这样，在自动移动设备10的前方和侧前方形成了完整的避障保护区域，其形状类似于弧形带，这一弧形带包括左检测区A3和右检测区B3，还可包括中检测区C1(由前述的重叠区域构成)。重叠区域作为一个独立的检测区的出现，有助于提高设备对于障碍物的分辨能力。在未图示的实施例中，避障保护区域可以是其他形状，例如条形。这一避障保护区域的形状可以根据自动移动设备10的机型、尺寸等因素来决定。
图10B是本发明的自动移动设备的一实施例的超声波传感器的波形垂直于前进方向的截面示意图。参考图10B所示，立体橄榄形波形垂直于前进方向的截面的长轴a1与水平面可具有一夹角θ。这一夹角θ的角度范围可在±45度之间，优选地在±15度之间，更优选的是0度。夹角越小，立体橄榄形波形的横向覆盖范围广。
图10C是本发明的自动移动设备的另一实施例的超声波传感器的波形沿前进方向的竖直截面示意图。参考图10C所示，立体橄榄形波形沿前进方向的竖直截面的长轴a2与水平面可具有一夹角γ。这一夹角γ的角度范围可在±30度之间，即夹角γ既可以是仰角，也可以是俯角。
图4是图1所示自动移动设备的超声避障架构图，图4中以连线表示各方框之间的信号或电力传递关系。参考图4所示，每个超声波传感器11、12具有各自的超声波发射处理电路和超声波接收处理电路。超声波传感器11的超声波发射处理电路包括驱动电路31a和变压器33a。驱动电路31a的一端连接控制器30，接收控制器30的启动信号，从而产生预设频率的驱动信号。驱动信号经过变压器33a的电压变换，转换成适于超声波传感器11参数的电信号。电信号驱使超声波传感器11发射预定频率的超声波。驱动电路31a的具体模式可以为单端爆发模式或者双端推拉模式，优选的为双端推拉模式。驱动信号的预设频率一般根据所采用的传感器的硬件参数而设计。在该实施例中，预设频率范围大于25KHz，优选为57KHz-60KHz，具体如58.5KHz。在该实施例中，超声波传感器12的超声波发射处理电路和第一超声波传感器11的超声波发射处理电路一样，包括驱动电路31b和变压器33b，此处不再赘述。
如图4所示，超声波传感器11的超声波接收处理电路包括模数转换单元 35a和数据处理单元37a。超声波传感器11接收到经过障碍物反射回来的超声波，并将超声波转换成电信号输给模数转换单元35a。模数转换单元35a将模拟信号转换为数字信号，输出给数据处理单元37a。数据处理单元37a对数字信号进行系列处理获得信号1DC，并且将1DC传输给控制器30。控制器30接收1DC，并且根据对1DC的分析获知障碍物的距离。数据处理单元37主要包括滤波、整流、采样或提取等操作，达到屏蔽干扰信号和/或使得1DC的信号形式符合控制器30分析形式的功能。在该实施例中，超声波传感器12的超声波接收处理电路和超声波传感器11的超声波接收处理电路一样，包括模数转换单元35b和数据处理单元37b，此处不再赘述。
优选的，控制器30内有同步信号，在超声波传感器11发射超声波时，控制器30将同步信号发射给超声波传感器12的接收部分。超声波传感器11启动发射超声波时，超声波传感器12启动接收超声波。同理，在超声波传感器 12发射超声波时，控制器30将同步信号发送给超声波传感器11的接收部分。超声波传感器12启动发射超声波时，超声波传感器11启动接收超声波。
超声波传感器11、12组成的超声波组件，可具有不同的工作模式，以配合其传感器类型和检测区的布局。
对于图1、图2所示的检测区布局，超声波组件可工作在第一种工作模式。在第一种工作模式中，超声波传感器11、12配置为具有一种第一发射状态。在第一发射状态，超声波传感器11、12发射超声波信号的同时监听反射的超声波信号。典型的超声波信号是脉冲的形式。在监听超声波信号时，超声波传感器11、12将会监听到自身发出的超声波信号，这一超声波信号的震荡衰减余波，以及环境障碍物反射的回波。当超声波传感器11、12处于第一发射状态时，将可实现各自的检测区的障碍物的检测。例如超声波传感器11将能检测到来自其左检测区的障碍物，超声波传感器12将能检测到来自其右检测区的障碍物。这一工作模式适合于超声波传感器11、12的检测区在自动移动设备的前方没有重叠的情况，例如图1、图2所示的情况。当然可以理解，在多个超声波传感器的检测区仅在自动移动设备的前方预定距离内少部分重叠(例如重叠区域明显少于图3所示)时，对重叠区域的障碍物的准确定位并不是非常重要的，此时这一工作模式也可适用。在这一工作模式中，超声波传感器11、 12既可以配置为同时处于第一发射状态，也可以配置为轮流处于第一发射状态。当超声波传感器11、12配置为轮流处于第一发射状态时，它们之间优选有足够的时间间隔，使得超声波信号不会相互干扰。在其他实施例中，允许超声波传感器 11、12的发射状态的时间间隔很短，而通过抗干扰手段来克服超声波信号的干扰。
下面例举使用第一工作模式的超声避障方法。
图5是本发明第一实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在自动行走设备的第一实施例或者其变化例中实施。参考图5所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤51，使两个超声波传感器同时处于第一发射状态，在该第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号；
步骤52，根据两个超声波传感器所监听的反射超声波信号确定各个检测区的障碍物的距离。
在步骤52中，根据超声波传感器发射超声波信号的时刻与监听到反射超声波信号的时刻的差，结合超声波信号的速度，计算出反射了该超声波的障碍物的距离。这一计算过程可以在连接各超声波传感器的控制器30内进行。
图6是本发明第二实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在自动行走设备的第一实施例或者其变化例中实施。参考图6所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤61，使两个超声波传感器轮流处于第一发射状态，在该第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号；
步骤62，根据两个超声波传感器所监听的反射超声波信号确定两个检测区的障碍物的距离。
在步骤61中，可以使超声波传感器11处于第一发射状态，再使超声波传感器12处于第一发射状态，如此循环。
在步骤62中，将根据超声波传感器发射超声波信号的时刻与监听到反射超声波信号的时刻的差，结合超声波信号的速度，计算出反射了该超声波的障碍物的距离。这一计算过程可以在连接各超声波传感器的控制器30内进行。
对于图3所示的检测区布局，超声波组件可工作在第二种工作模式。在第二种工作模式中，超声波传感器11、12配置为具有前述的第一发射状态，并且超声波传感器11、12配置为具有一种监听状态。在监听状态，超声波传感器不发射超声波信号，仅监听超声波信号。当超声波传感器11处于第一发射状态时而超声波传感器11处于监听状态时，将可检测障碍物是在左检测区A3 还是在中检测区C1。当超声波传感器12处于第一发射状态，而超声波传感器 11处于监听状态，将检测障碍物是在右检测区B3还是在中检测区C1。在这一工作模式中，超声波传感器11、12可以配置为超声波传感器11先处于第一发射状态而超声波传感器12同时或延迟一段时间后处于监听状态；再让超声波传感器 12处于第一发射状态而超声波传感器11同时或延迟一段时间后处于监听状态。在此，延迟的时间应保证监听的传感器仍及时收到超声回波信号。
下面例举使用第二工作模式的超声避障方法。
图7是本发明第三实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在第一实施例的自动行走设备或者其它变化例中实施。参考图7所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤71，使第一超声波传感器处于第一发射状态，同时第二超声波传感器处于监听状态；
步骤72，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定左检测区和/ 或中检测区的障碍物的距离；
步骤73，使第二超声波传感器处于第一发射状态，同时第一超声波传感器处于监听状态；
步骤74，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定右检测区和/ 或中检测区的障碍物的距离。
图8是本发明第四实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在第一实施例的自动行走设备或者其它变化例中实施。参考图8所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤81，使第一超声波传感器处于第一发射状态，延迟一段时间后第二超声波传感器处于监听状态；
步骤82，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定左检测区和/ 或中检测区的障碍物的距离；
步骤83，使第二超声波传感器处于第一发射状态，延迟一段时间后第一超声波传感器处于监听状态；
步骤84，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定右检测区和/ 或中检测区的障碍物的距离。
在上述的各种工作模式中，处于监听状态的超声波传感器需要从处于发射状态的超声波传感器接收时间同步信息，从而使得监听状态的超声波传感器能够获知发射状态的超声波传感器的超声波信号发射时刻。回到图4所示，优选的，控制器30内有同步信号，在超声波传感器11发射超声波时，控制器30将同步信号发送给超声波传感器12的接收部分。超声波传感器11启动发射超声波时，超声波传感器12启动接收超声波。同理，在超声波传感器12发射超声波时，控制器30将同步信号发送给超声波传感器11的接收部分。超声波传感器12 启动发射超声波时，超声波传感器11启动接收超声波。
可以理解，根据超声波传感器的布置，自动行走设备可具有上述各种工作模式中的一种或多种。
自动移动设备的第二实施例
图9是本发明的自动移动设备的第二实施例的超声波传感器布置图。参考图9所示，本实施例的自动移动设备10包括由两个超声波传感器(ultrasonic transducer)11和12组成的超声波组件。超声波传感器11和12均为收发一体的超声波传感器，既能够发出超声波信号，也能够接收超声波信号。两个超声波传感器11和12设置在自动移动设备10的壳体内且面向自动移动设备10的行走方向的前方。如果自动移动设备10具有不止一个行走方向，那么可以在每个行走方向上都设置两个超声波传感器。与前一实施例相比，本实施例的超声波传感器11和12靠近中轴线X，从而紧凑在中轴线X上看起来像一个点。这种布置方式，让超声波传感器11和12在处理对方发射的超声波信号时更加简单。
在本实施例中，检测区在自动移动设备10的前方预定距离内相互重叠。举例来说，由于角度范围A、B的椭圆形形状，两个相邻的左检测区A4和右检测区B4部分地重叠，且重叠区域覆盖自动移动设备10的前方预定距离d，从而形成了新的检测区C2，此时左检测区A4和右检测区B4相应缩小。这样，在自动移动设备10的前方和侧前方形成了完整的避障保护区域，其形状类似于弧形带，这一弧形带包括左检测区A4和右检测区B4，还可包括中检测区C2(由前述的重叠区域构成)。重叠区域作为一个独立的检测区的出现，有助于提高设备对于障碍物的分辨能力。
本实施例的其他细节可以参考第一实施例，在此不再展开。
自动移动设备的第三实施例
图11是本发明第三实施例的自动移动设备的超声波传感器布置图。本实施例与第一实施例的原理相同，下文的描述将略去与第一实施例相同的细节。
参考图11所示，本实施例的自动移动设备90包括由三个超声波传感器(ultrasonic transducer)91、92和93组成的超声波组件。三个超声波传感器91、 92和93设置在自动移动设备90的壳体内且面向自动移动设备90的行走方向的前方。在此，超声波传感器93可位于自动移动设备90的壳体的中轴线X上，在本实施例中，超声波传感器91和92基本上相对于中轴线X对称布置，且与中轴线X有一定的距离，从而形成分散排列。
超声波传感器91、92和93均为收发一体的超声波传感器，即既能够发射超声波信号，也能够接收超声波信号的超声波传感器。
自动移动设备90的前侧具有三个开口(图未示)，分别对应超声波传感器91、92和93。通过开口的限定，每个超声波传感器具有一个通常为椭圆形的立体发射角度范围和接收角度范围。这一橄榄形立体角度范围在水平面上的投影为椭圆形。例如图9示意超声波传感器91具有椭圆形范围D，超声波传感器92具有椭圆形范围E，超声波传感器93具有椭圆形范围F。可以理解，期望范围D、E、F的角度较大以覆盖更大的区域。作为举例，椭圆形范围A和椭圆形范围B的角度大约为80-90度。另外，这一橄榄形立体角度范围在前进方向上的截面也为椭圆形，如图10A所示。
超声波传感器91、92和93的检测范围通常是椭圆形范围中位于壳体边缘外的区域。这些检测范围构成一个类似条形的区域，超声波传感器91、92和 93分别具有左检测区D1(左斜线阴影区域)、右检测区E1(右斜线阴影区域) 和中检测区F1(竖线阴影区域)。
三个超声波传感器91、92和93可布置为检测区在自动移动设备90前方的预定距离d内相互贴合。例如图11所示，超声波传感器91、92和93所形成的三个相邻的左检测区D1、右检测区E1和中检测区F1在中轴线X处贴合。预定距离d与自动移动设备对前方的避障保护作用有关，这将在后文描述。检测区在自动移动设备10的前方预定距离d内也可不相互贴合。例如在图12所示的变化例中，相邻的左检测区D2和中检测区F2，以及右检测区E2和中检测区F2在自动移动设备10的前方的一部分，即在预定距离d内没有贴合，留下空白区域N。可以理解，空白区域N向前延伸得越远，自动移动设备对前方的避障保护越弱。因此希望空白区域N尽量小，以起到更好的避障作用。
检测区在自动移动设备10的前方预定距离内还可以相互重叠。举例来说，在图13所示的优选例中，由于角度范围D、E和F的椭圆形形状，两个相邻的左检测区D3和中检测区F3，右检测区E3和中检测区F3部分地重叠，且重叠区域覆盖自动移动设备10的前方预定距离，从而形成了新的检测区：左中检测区 G1(横斜线阴影区域)和中右检测区H1(横斜线阴影区域)，此时左检测区D3、中检测区F3和右检测区E3相应缩小。
可以理解，上述的贴合、存在空白区域和相互重叠三种关系，可以任意组合于一个超声波组件中。例如超声波传感器91和93的检测区贴合，而超声波传感器92和93的检测区之间存在空白区域或者重叠。甚至，不相邻的超声波传感器的检测区之间也可以重叠。在更多超声波传感器的例子中，以此类推。
在本实施例中，超声波传感器91、92分别朝左前方和右前方，超声波传感器93基本朝向正前方，使得它们的轴线在它们的后方(相对于行走方向的前方而言)相交。这样，在自动移动设备90的前方和侧前方形成了完整的避障保护区域，其形状类似于条形带。在图11、12中，这一条形带包括左检测区、中检测区和右检测区。在图13中，这一条形带包括左检测区、左中检测区、中检测区、中右检测区和右检测区。在未图示的实施例中，避障保护区域的长度可以变化；另外，避障保护区域可以是其他形状，例如弧形。因此这一避障保护区域的长度和形状可以根据自动移动设备90的机型、尺寸等因素来决定。
图10B是本发明的自动移动设备的一实施例的超声波传感器的波形垂直于前进方向的截面示意图。参考图10B所示，立体橄榄形波形垂直于前进方向的截面的长轴a1与水平面可具有一夹角θ。这一夹角θ的角度范围可在±45度之间，优选地在±15度之间，更优选的是0度。夹角越小，立体橄榄形波形的横向覆盖范围广。
图10C是本发明的自动移动设备的另一实施例的超声波传感器的波形沿前进方向的竖直截面示意图。参考图10C所示，立体橄榄形波形沿前进方向的竖直截面的长轴a2与水平面可具有一夹角γ。这一夹角γ的角度范围可在±30度之间，即夹角γ既可以是仰角，也可以是俯角。
在本实施例的其他变化例中，超声波传感器91、92和93中可以有收发一体的超声波传感器，也有单发或单收的超声波传感器。例如参考图14所示，超声波传感器91和92是收发一体的超声波传感器，超声波传感器93是单收的超声波传感器。在此变化例中，超声波传感器91覆盖左检测区D4，超声波传感器92覆盖右检测区E4；超声波传感器93与超声波传感器91组合，覆盖左中检测区G2；超声波传感器93与超声波传感器92组合，覆盖中右检测区H2。与图13所示优选例相比，此变化例的超声波传感器93本身没有中检测区。超声波传感器93也可以是单发的超声波传感器，此时其检测区覆盖与图14类似。
可以理解，上面对超声波传感器的器件类型的和检测区布置方案仅仅是示例的，本领域技术人员可以想到更多的示例。
超声波传感器91、92和93组成的超声波组件，可具有不同的工作模式，以配合其传感器类型和检测区的布局。对于图11-12所示的检测区布局，超声波组件可工作在第一种工作模式。在第一种工作模式中，超声波传感器91、92 和93配置为具有一种第一发射状态。在第一发射状态，超声波传感器91、92 和93发射超声波信号的同时监听反射的超声波信号。典型的超声波信号是脉冲的形式。在监听超声波信号时，超声波传感器91、92和93将会监听到自身发出的超声波信号，这一超声波信号的震荡衰减余波，以及环境障碍物反射的回波。当超声波传感器91、92和93处于第一发射状态时，将可实现各自的检测区的障碍物的检测。例如超声波传感器91将能检测到来自其左检测区的障碍物，超声波传感器92将能检测到来自其右检测区的障碍物，超声波传感器 93将能检测到来自其中检测区的障碍物。这一工作模式适合于超声波传感器 91、92和93的检测区在自动移动设备的前方没有重叠的情况，例如图11、图 12所示的情况。当然可以理解，在多个超声波传感器的检测区仅在自动移动设备的前方预定距离内少部分重叠(例如重叠区域明显少于图13所示)时，对重叠区域的障碍物的准确定位并不是非常重要的，此时这一工作模式也可适用。在这一工作模式中，超声波传感器91、92和93既可以配置为同时处于第一发射状态，也可以配置为轮流处于第一发射状态。当超声波传感器11、12配置为轮流处于第一发射状态时，它们之间优选有足够的时间间隔，使得超声波信号不会相互干扰。在其他实施例中，允许超声波传感器91、92和93的发射状态的时间间隔很短，而通过抗干扰手段来克服超声波信号的干扰。
根据第一工作模式，在自动行走设备的第二实施例或者其变化例中实施的一些超声避障方法的实施例，可以是类似图5、图6的实施例，只是超声波传感器的数量有所不同。
对于图13所示的检测区布局，超声波组件可工作在第二种工作模式。在第二种工作模式中，超声波传感器91、92和93配置为具有前述的第一发射状态，并且超声波传感器91、92和93配置为具有一种监听状态。在监听状态，超声波传感器不发射超声波信号，仅监听超声波信号。当超声波传感器91处于第一发射状态而超声波传感器93处于监听状态时，将可检测障碍物是在左检测区还是在中检测区。当超声波传感器92处于第一发射状态，而超声波传感器93处于监听状态，将检测障碍物是在右检测区E3还是在中右检测区H1。当超声波传感器93处于第一发射状态而超声波传感器92和93均处于监听状态时，将可检测障碍物是在中检测区E3、左中检测区G1还是在中右检测区 H1。在这一工作模式中，超声波传感器91、92和93可以配置为超声波传感器91 先处于第一发射状态，超声波传感器93同时或延迟一段时间处于监听状态，再选择超声波传感器92处于第一发射状态而超声波传感器93同时或延迟一段时间处于监听状态；然后选择超声波传感器93处于第一发射状态而同时或延迟一段时间后，超声波传感器91和92处于监听状态。
下面例举使用第二工作模式的超声避障方法。
图15是本发明第五实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在第三实施例的自动行走设备或者其它变化例中实施。参考图15所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤151，使第一超声波传感器(91)处于第一发射状态，同时第三超声波传感器(93)处于监听状态；
步骤152，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定左检测区和/ 或左中检测区的障碍物的距离；
步骤153，使第二超声波传感器(92)处于第一发射状态，同时第三超声波传感器处于监听状态；
步骤154，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定右检测区和/ 或中右检测区的障碍物的距离；
步骤155，使第三超声波传感器(93)处于第一发射状态，同时第一和第二超声波传感器(91、92)处于监听状态；以及
步骤156，根据三个超声波传感器所监听的超声回波信号确定中左检测区、中检测区和/或中右检测区的障碍物的距离。
类似于图8，在另一实施例中，监听的超声波传感器可以延迟一段时间监听，在此不再展开。
对于图14所示的检测区布局，超声波组件可工作在第三种工作模式。在第三种工作模式中，超声波传感器91和92配置为具有前述的第一发射状态，并且超声波传感器93配置为具有一种监听状态。当超声波传感器91处于第一发射状态而超声波传感器93处于监听状态时，将可检测障碍物是在左检测区 D4还是在左中检测区G2。当超声波传感器92处于第一发射状态，而超声波传感器93处于监听状态，将检测障碍物是在右检测区E4还是在中右检测区H2。在这一工作模式中，超声波传感器91、92和93可以配置为先超声波传感器91先处于第一发射状态，超声波传感器93同时或延迟一段时间处于监听状态，再选择超声波传感器92处于第一发射状态而超声波传感器93同时或延迟一段时间处于监听状态。
下面例举使用第三工作模式的超声避障方法。
图16是本发明第六实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在第三实施例的自动行走设备或者其它变化例中实施。参考图16所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤161，使第一超声波传感器(91)处于第一发射状态，同时第三超声波传感器(93)处于监听状态；
步骤162，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定左检测区和/ 或左中检测区的障碍物的距离；
步骤163，使第二超声波传感器(92)处于第一发射状态，同时第三超声波传感器处于监听状态；
步骤164，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定右检测区和/ 或中右检测区的障碍物的距离。
类似于图8，在另一实施例中，监听的超声波传感器可以延迟一段时间监听，在此不再展开。
作为第三种工作模式的变化，在第四种工作模式中，超声波传感器91和 92配置为具有前述的第一发射状态和监听状态，并且超声波传感器93配置为具有第二发射状态，在第二发射状态，发射超声波信号而不监听超声波信号。当超声波传感器91处于第一发射状态，将可检测障碍物是在左检测区或左中检测区。当超声波传感器92处于第一发射状态，将可检测障碍物是在右检测区或中右检测区。当超声波传感器93处于第二发射状态而超声波传感器91和 92处于监听状态，将可检测障碍物是在左中检测区还是在中右检测区。在这一工作模式中，超声波传感器91、92和93可以配置为超声波传感器91和92同时处于第一发射状态，从而检测障碍物是在左检测区或左中检测区还是在中右检测区或右检测区。然后超声波传感器93处于第二发射状态而超声波传感器91 和92处于监听状态，从而检测障碍物是在左中检测区还是在中右检测区。或者超声波传感器91、92和93也可以配置为超声波传感器91和92轮流处于第一发射状态，从而检测障碍物是在左检测区或左中检测区还是在中右检测区或右检测区。然后超声波传感器93处于第二发射状态而超声波传感器91和92处于监听状态，从而检测障碍物是在左中检测区还是在中右检测区。
下面例举使用第四工作模式的超声避障方法。
图17是本发明第七实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在第三实施例的自动行走设备或者其它变化例中实施。参考图17所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤171，使第一超声波传感器(91)处于第一发射状态；
步骤172，根据第一超声波传感器所监听的超声回波信号确定左检测区和/ 或左中检测区的障碍物的距离；
步骤173，使第二超声波传感器(92)处于第一发射状态；
步骤174，根据第二超声波传感器所监听的超声回波信号确定右检测区和/ 或中右检测区的障碍物的距离；
步骤175，使第三超声波传感器(93)处于第一发射状态，同时第一和第二超声波传感器(91、92)处于监听状态；以及
步骤176，根据两个超声波传感器所监听的超声回波信号确定中左检测区、和/或中右检测区的障碍物的距离。
另外，在需要多个超声波传感器基本上同时发射超声波信号的同时，各超声波传感器所发出的超声波信号的强度可以不同。这样，控制器30还能够进一步根据超声波信号的强度判断其是来自哪一超声波传感器11，同时提高定位的精确性。
自动移动设备的第四实施例
图18是本发明第四实施例的自动移动设备的超声波传感器布置图。本实施例与第三实施例的原理相同，下文的描述将略去与第三实施例相同的细节。
参考图18所示，本实施例的自动移动设备90包括由三个超声波传感器(ultrasonic transducer)91、92和93组成的超声波组件。三个超声波传感器91、 92和93设置在自动移动设备90的壳体内且面向自动移动设备90的行走方向的前方。在此，超声波传感器93可位于自动移动设备90的壳体的中轴线X上。与前一实施例相比，本实施例的超声波传感器91和92可均靠近中轴线X，从而3个超声波传感器紧凑在布置中轴线X附近。超声波传感器91、92和93均是收发一体的超声波传感器，形成各自的检测区D5、E5和F5。在本实施例中，检测区在自动移动设备10的前方预定距离内可以相互重叠。举例来说，在图 18中，由于角度范围D、E和F的椭圆形形状，两个相邻的左检测区D5和中检测区F5，右检测区E5和中检测区F5部分地重叠，并且两个不相邻的左检测区D5和右检测区E5也部分地重叠，且重叠区域覆盖自动移动设备10的前方预定距离，从而形成了新的检测区：左中检测区G3、中右检测区H3和小中检测区I，此时左检测区D5、中检测区F5和右检测区E5相应缩小。
在本实施例的变化例中，超声波传感器91和92是收发一体的超声波传感器，超声波传感器93是单收的超声波传感器。在此实施例中，超声波传感器 91覆盖左检测区D5，超声波传感器92覆盖右检测区E5；超声波传感器91与超声波传感器92组合，覆盖小中检测区I；超声波传感器93与超声波传感器 91组合，覆盖左中检测区G3；超声波传感器93与超声波传感器92组合，覆盖中右检测区H3。在又一个变化例中，超声波传感器93也可以是单发的超声波传感器，此变化例的检测区类似。
对于图18所示的检测区布局，超声波组件可工作在第二种工作模式。在第二种工作模式中，超声波传感器91、92和93配置为具有前述的第一发射状态，并且超声波传感器91、92和93配置为具有一种监听状态。在监听状态，超声波传感器不发射超声波信号，仅监听超声波信号。当超声波传感器91处于第一发射状态而超声波传感器92和93处于监听状态时，将可检测障碍物是在左检测区D5、左中检测区G3或小中检测区I。当超声波传感器92处于第一发射状态而超声波传感器91和93均处于监听状态时，将检测障碍物是在右检测区E5、右中检测区H3或小中检测区I。当超声波传感器93处于第一发射状态而超声波传感器92和93均处于监听状态时，将可检测障碍物是在中检测区F5、左中检测区G3还是在中右检测区H3。在这一工作模式中，超声波传感器 91、92和93可以配置为超声波传感器91先处于第一发射状态而超声波传感器92 和93同时或延迟一段时间后处于监听状态；再选择超声波传感器92处于第一发射状态而超声波传感器91和93同时或延迟一段时间处于监听状态；然后选择超声波传感器93处于第一发射状态而同时或延迟一段时间后，超声波传感器91和92处于监听状态。
下面例举使用第二工作模式的超声避障方法。
图19是本发明第八实施例的超声避障方法流程图。本实施例的超声避障方法可以在第四实施例的自动行走设备或者其它变化例中实施。参考图19所示，本实施例的方法包括下列步骤：
步骤191，使第一超声波传感器(91)处于第一发射状态，同时第二和第三超声波传感器(93)处于监听状态；
步骤192，根据三个超声波传感器所监听的超声回波信号确定左检测区、左中检测区和/或小中检测区的障碍物的距离；
步骤193，使第二超声波传感器(92)处于第一发射状态，同时第一和第三超声波传感器处于监听状态；
步骤194，根据三个超声波传感器所监听的超声回波信号确定右检测区、中右检测区和/或小中检测区的障碍物的距离；
步骤195，使第三超声波传感器(93)处于第一发射状态，同时第一和第二超声波传感器(91、92)处于监听状态；以及
步骤196，根据三个超声波传感器所监听的超声回波信号确定中左检测区、小中检测区和/或中右检测区的障碍物的距离。本实施例的其他细节或者变化可以参考第三实施例，在此不再展开。
第一实施例至第四实施例示例了行进方向上的超声波传感器为两个或三个的情形，但可以理解，本发明还可以实施为包含更多的超声波传感器。
图20为本发明的自动移动设备的有效检测范围内障碍物情况不同所对应的超声波组件接收信号情况示意图。该波形示意图仅用来表示障碍物在不同方位时，超声波传感器组件所接收的波形示意，并不代表真实传感器组件的接收信号波形。图20是以图3所示实施例为例说明。在本实施例中，以第一超声波传感器11发射超声波为例，阐述障碍物出现在不同方位时，第一超声波传感器11和第二超声波传感器12所接收信号的情况示意图。在图20的接收信号波形中，类似矩形的波形a表示超声波传感器发射超声波后的自激振荡，类似菱形的波形b表示超声波传感器所接收到的反射的超声波。由于在该实施例中，第一超声波传感器11发射超声波，因此，第一超声波传感器11的接收信号示意图始终存在类似矩形的波形a。
如图20(a)所示，第一超声波传感器11在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器11和第二超声波传感器12都未接收到反射的超声波。控制器30判断，自动行走设备10的有效检测范围内不存在障碍物。t0至 t1时间段为上述所述的有效接收时段T。
如图20(b)所示，第一超声波传感器11在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器11接收到发射波而第二超声波传感器12未接收到反射的超声波。控制器30判断，自动行走设备10的左检测区内存在障碍物。
如图20(c)所示，第一超声波传感器11在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器11未接收到发射波而第二超声波传感器12接收到反射的超声波。控制器30判断，自动行走设备10的右检测区内存在障碍物。
如图20(d)所示，第一超声波传感器11在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器11和第二超声波传感器12都接收到反射的超声波。控制模块判断，自动行走设备10的中检测区内存在障碍物。
控制器30根据超声波传感器组件所接收超声波的不同情况，判断出障碍物出现的方位，进而控制自动行走设备10前进方向，有针对性地规避障碍物，提高了避障的效率。具体如，当障碍物出现在中检测区域时，控制模块30控制自移动机器人后退，或者停机，或者向左转向，或者向右转向，或者后退向左转向，或者后退向右转向；当障碍物出现在左检测区域时，控制器30控制自移动机器人后退，或者停机，或者向右转向，或者后退向左转向；当障碍物出现在右检测区域时，控制器30控制自动行走设备10后退，或者停机，或者向左转向，或者后退向右转向。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (28)

1.一种自动移动设备，包括超声波组件，所述超声波组件包括多个超声波传感器，设置在所述自动移动设备的壳体内且面向所述自动移动设备的行走方向的前方，当所述壳体放置在参考面上时，所述多个超声波传感器的轴线位于所述参考面上的投影相交于所述多个超声波传感器的后方，从而各超声波传感器覆盖的检测区具有不同的朝向，并且在所述壳体的前方组合成超声避障区域。
2.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器紧凑地靠近在所述壳体的中轴线布置。
3.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器分散地布置所述壳体的中轴线两侧。
4.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器中，至少有两个相邻的超声波传感器的检测区恰好贴合。
5.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器中，至少有两相邻的超声波传感器的检测区之间存在空白区域。
6.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器中，至少有两个超声波传感器之间存在公共检测区，且公共检测区覆盖在所述自动移动设备的行走方向的前方部分。
7.根据权利要求2-4任一项所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器均为收发一体的超声波传感器。
8.根据权利要求2-4任一项所述的自动移动设备，其特征在于，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第三超声波传感器为单收的超声波传感器，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器为收发一体的超声波传感器。
9.根据权利要求2-4任一项所述的自动移动设备，其特征在于，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第三超声波传感器为单发的超声波传感器，所述第一超声波传感器和第二超声波传感器为收发一体的超声波传感器。
10.根据权利要求7所述的自动移动设备，其特征在于，各超声波传感器配置为具有：
第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号。
11.根据权利要求10所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器配置为同时处于第一发射状态。
12.根据权利要求10所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器配置为轮流处于第一发射状态。
13.根据权利要求7所述的自动移动设备，其特征在于，当至少有两个超声波传感器之间存在公共检测区时，各超声波传感器配置为具有第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号，且检测区重叠的两个超声波传感器还配置为具有监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；当所述两个超声波传感器的其中之一处于所述第一发射状态时，其中之另一处于所述监听状态。
14.根据权利要求8所述的自动移动设备，其特征在于，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器配置为具有第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号，所述第三超声波传感器还配置为具有监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；当所述第一超声波传感器或所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态时，所述第三超声波传感器处于所述监听状态。
15.根据权利要求9所述的自动移动设备，其特征在于，当所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区时，所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器配置为具有第一发射状态和监听状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；所述第三超声波传感器还配置为具有第二发射状态，在所述第二发射状态，发射超声波信号而不监听超声波信号；
当所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态时，所述第三超声波传感器不工作；
当所述第三超声波传感器处于所述第二发射状态时，所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器处于所述监听状态。
16.根据权利要求13、14或15所述的自动移动设备，其特征在于，处于监听状态的超声波传感器，接收处于发射状态的超声波传感器的同步信号。
17.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述多个超声波传感器与所述自动移动设备的壳体边缘的距离略大于或等于所述多个超声波传感器的检测盲区的尺寸。
18.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述超声避障区域覆盖所述自动移动设备的前方和部分侧方。
19.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述各超声波传感器的波形垂直于前进方向的截面为椭圆形，且所述椭圆形的长轴与水平面的夹角在±45度之间。
20.根据权利要求1所述的自动移动设备，其特征在于，所述各超声波传感器的波形沿前进方向的竖直截面为椭圆形，且所述椭圆形的长轴与水平面的夹角在±30度之间。
21.一种自动移动设备的超声避障方法，所述自动移动设备包括设置在所述自动移动设备的壳体内且面向所述自动移动设备的行走方向的前方，当所述壳体放置在参考面上时，所述多个超声波传感器的轴线在所述参考面上的投影相交于所述多个超声波传感器的后方，从而各超声波传感器的检测区具有不同的朝向，并且在所述壳体的前方组合成超声避障区域，所述方法包括以下步骤：
使各超声波传感器分别处于第一发射状态，在所述第一发射状态，发射超声波信号的同时监听超声波信号；
根据各超声波传感器所监听的反射超声波信号确定各个检测区的障碍物的距离。
22.根据权利要求21所述的超声避障方法，其特征在于，包括使所述多个超声波传感器同时处于第一发射状态。
23.根据权利要求21所述的超声避障方法，其特征在于，包括使所述多个声变送器为轮流处于第一发射状态。
24.根据权利要求21所述的超声避障方法，其特征在于，所述多个超声波传感器中，至少有两个相邻的超声波传感器的检测区恰好贴合；以及/或者所述多个超声波传感器中，至少有两相邻的超声波传感器的检测区之间存在空白区域。
25.根据权利要求21所述的超声避障方法，其特征在于，所述多个超声波传感器中两个第一超声波传感器和第二超声波传感器之间存在公共检测区，且公共检测区覆盖在所述自动移动设备的行走方向的前方部分，所述方法还包括以下步骤：
使所述第一超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第二超声波传感器处于监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；
使所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第一超声波传感器处于监听状态；
根据处于第一发射状态的超声波传感器和处于监听状态的超声波传感器所监听的反射超声波信号，确定各检测区区的障碍物的距离。
26.根据权利要求21所述的超声避障方法，其特征在于，所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区，所述方法在使所述第一超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第三超声波传感器处于监听状态，在所述监听状态，不发射超声波信号，仅监听超声波信号；且在使所述第二超声波传感器处于所述第一发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第三超声波传感器处于监听状态；
且所述方法是根据处于第一发射状态的超声波传感器和处于监听状态的超声波传感器所监听的反射超声波信号，确定各检测区区的障碍物的距离。
27.根据权利要求21所述的超声避障方法，其特征在于，所述多个超声波传感器中的第三超声波传感器与第一超声波传感器和第二超声波传感器之间分别存在公共检测区，所述方法还包括以下步骤：
使所述第三超声波传感器处于所述第二发射状态的同时或延迟一段时间后，使所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器处于监听状态；
且所述方法是根据处于第二发射状态的超声波传感器和根据处于监听状态的超声波传感器所监听的反射超声波信号确定各公共检测区的障碍物的距离。
28.根据权利要求25、26或27所述的超声避障方法，其特征在于，处于监听状态的超声波传感器，接收处于发射状态的超声波传感器的同步信号。
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