CN110174707A - 一种用于移动机器人的红外传感器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于移动机器人的红外传感器，包括：多个探测单元，所述多个探测单元设置于机器人表面，且呈三角形结构排列；其中每个探测单元包括：同平面并列设置的红外线发射管和红外线接收管。本发明提供的技术方案实现了提高机器人对当前感知环境的快速理解识别及实时避障的能力。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术、传感器技术和计算技术等领域，具体涉及一种用于移动机器人的红外传感器及其使用方法。
背景技术
智能化是机器人科学研究的主要发展方向之一，机器人的智能主要表现在未知环境中自主工作的能力，这是在空间和海洋探索、军事作战、危险环境作业，甚至在未知服务业中工作的机器人都必须解决的理论与技术。在未知环境中，实时避障是实现智能化机器人自主工作能力的关键技术，机器人要在未知环境中自主工作必须具有环境感知和实时决策能力：一方面是准确采集外界环境信息，另一方面是快速进行信号处理。要使机器人拥有智能，对环境变化做出反应，首先，必须使机器人具有感知环境的能力，用传感器采集环境信息是机器人智能化的第一步；其次，采用适当的方法，将多个传感器获取的环境信息加以综合处理，控制机器人进行智能作业，更是机器人智能化重要体现。机器人为了能在未知或时变环境下自主地工作，应具有感受作业环境和规划自身动作的能力。为此，必须提高机器人对当前感知环境的快速理解识别及实施避障的能力。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的行驶安全性问题，本发明提供一种用于移动机器人的红外传感器及其使用方法。
本发明提供的技术方案是：
一种用于移动机器人的红外传感器，包括：多个探测单元，所述多个探测单元设置于机器人表面，且呈三角形结构排列；
其中每个探测单元包括：同平面并列设置的红外线发射管和红外线接收管。
优选的，所述探测单元设置于三角形的顶点。
优选的，所述每个探测单元到相邻探测单元的距离相等。
优选的，所述每个探测单元到相邻探测单元的距离相等，包括：
每个所述红外线发射管到相邻所述红外线发射管的距离相等；
每个所述红外线接收管到相邻所述红外线接收管的距离相等。
优选的，所述三角形结构为正三角形规则结构。
优选的，所述探测器位于机器人的身躯外表面上有一圈。
优选的，所述红外传感器，包括：发光元件和接受元件；
所述发光元件采用红外发光二极管OD8810；
所述接收元件采用光电晶体管SFH205。
一种用于移动机器人的传感器的使用方法，所述方法包括：
安装于机器人表面上的呈三角形结构排列的同平面的探测单元向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射红外光线至探测单元；
所述探测单元接收到反射回来的红外光线，产生相应的电信号；
机器人系统通过所述电信号确定所述传感器探测单元前方存在障碍物，并且做出相应的反应，避免机器人与其它物体发生碰撞；
所述探测单元包括：同平面并列设置的所述红外线发射管和所述红外线接收管。
优选的，所述安装于机器人表面上的呈三角形结构排列的同平面的探测单元向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射红外光线至探测单元，包括：
相邻两个呈正三角形排列的探测单元组成平行四边形，将所述平行四边形上的探测单元分为四个组，每一周期只使用其中的一组进行探测，然后下一周期使用下一组进行探测，直到四个组均完成探测；
每组探测单元中的红外线发射管向前方发射一定频率的红外光线，红外线接收管接收反射的红外光线。
优选的，所述四个周期内所有区域的探测；
所述第一组通过标为1的传感器进行探测；
所述第二组通过标为2的传感器进行探测；
所述第三组通过标为3的传感器进行探测；
所述第四组通过标为4的传感器进行探测。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种用于移动机器人的红外传感器，多个探测单元，所述多个探测单元设置于机器人表面，且呈三角形结构排列；其中每个探测单元包括：同平面并列设置的红外线发射管和红外线接收管。本发明提供的技术方案可以在确保覆盖最大探测范围的前提下，减少所用红外传感器额数量。
(2)本发明提供的技术方案解决了已有机器人的行驶安全性问题，避免在机器人行驶过程中与其他物体或人员发生碰撞事故。
(3)本发明提供的技术方案实现了提高机器人对当前感知环境的快速理解识别及实时避障的能力。
(4)这对于大规模应用非常重要，可以降低成本，减少信号处理的运算量，提高系统速度，提高系统可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种用于移动机器人的机器人表面覆盖传感器陈列的示意图；
图2为本发明的探测单元的示意图；
图3为本发明的探测单元的布置方式示意图；
图4为本发明的传感器覆盖区域的示意图；
图5为本发明的传感器分组示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1：
本发明提供了一种用于移动机器人的红外传感器，包括：机器人表面上安装有呈三角形结构排列的同平面的多个探测单元；
所述探测单元包括：同平面并列设置的所述红外线发射管和所述红外线接收管。
一种用于移动机器人的红外传感器阵列，它涉及一种传感器装置，它为了解决已有机器人的行驶安全性问题，避免在机器人行驶过程中与其他物体或人员发生碰撞事故，而提出一种机器人的红外传感器阵列。
机器人表面上安装有呈三角形结构排列的同平面的多个探测单元；
它由许多个探测单元组成的红外传感器阵列构成，该传感器阵列沿机器人身躯外表面一周均匀覆盖，覆盖高度可以根据不同的机器人和不同的应用需要进行相应设定，每个探测单元包括一个红外线发射管和一个红外线接收管，如图1所示。
所述探测单元包括：同平面并列设置的所述红外线发射管和所述红外线接收管；
红外线发射管向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射一些红外光线，红外线接收管就会接收到反射回来的红外光线，产生相应的电信号。机器人系统通过这个电信号就可以得到在这个传感器探测单元前方存在障碍物，并且做出相应的反应，避免机器人与其它物体发生碰撞。传感器阵列覆盖了可能与障碍物发生碰撞的机器人表面。红外线发射管和红外线接收管按照正三角形规则排列，这样可以做到最高的覆盖效率。每个探测单元到相邻探测单元的距离相等。这种排列结构可以在确保覆盖最大探测范围的前提下，减少所用红外传感器的数量。这对于大规模应用非常重要，可以降低成本，减少信号处理的运算量，提高系统速度，提高系统可靠性。
实施例2：
图2所示，每个探测单元包括一个红外线发射管和一个红外线接收管。红外线发射管向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射一些红外光线，红外线接收管就会接收到反射回来的红外光线，产生相应的电信号。
图3所示，为了提高传感器陈列的覆盖效率，红外线发射管和红外线接收管按照正三角型规则排列，这样可以做到最高的覆盖效率。
图4所示，每个探测单元到相邻探测单元的距离相等。这种排列结构可以在确保覆盖最大探测范围的前提下，减少所用红外传感器的数量。这对于大规模引用非常重要，可以降低成本，减少信号处理的运算量，提高系统速度，提高系统可靠性。
红外传感器按测距原理，常用的方法大致有三种，即：(1)光强法；(2)相位法；(3)光学三角法。但这些方法常受被测物体表面的光学特性的影响，测距精度不高。为了提高测量精度，简化外围电路，采用了几何光学模型。这种模型可以应用在未知环境中，通过红外传感器矩阵可以实时给出外界环境的信息。微型红外传感器由发光元件(红外发光二极管0D8810)和接收元件(光电晶体管SFH205)两部分组成。采用光强法进行测距只使用红外传感器发光与接收元件，不需要另增加辅助电路，通过软件编程测量障碍物距离。接收元件所产生的输出信号大小反映了从目标物体反射到接收元件的光强，这个信号主要取决于距离，同时也受被测物体表面的特性和表面的倾斜等因素的影响。光强法测量的范围在几毫米到20厘米左右。由于主要应用在机器人避障的需要，测距精度要求不太高，故采用光强法而不采用三角法和相位法实现敏感皮肤的测距。
由于传感器阵列为三角形分布，单个传感器的覆盖区域为圆形区域。由于相邻的传感器如果同时探测，探测区域有重叠，相互会有干扰，从而影响探测效果。
本方案将所有传感器分为4组，如图5所示，每一周期只使用其中的一组进行探测，然后下一周期使用下一组进行探测。
相邻两个呈正三角形排列的探测单元组成平行四边形，将所述平行四边形上的探测单元分为四个组，每一周期只使用其中的一组进行探测，然后下一周期使用下一组进行探测，直到四个组均完成探测。
如图5所示，在四个周期内，完成所有区域的探测。
第一周期所有标为1的传感器进行探测，
第二周期所有标为2的传感器进行探测，
第三周期所有标为3的传感器进行探测，
第四周期所有标为4的传感器进行探测。
通过这种设计，取得了很好的探测效果。
实施例3：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种用于移动机器人的传感器的使用方法，包括：
安装于机器人表面上的呈三角形结构排列的同平面的探测单元向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射红外光线至探测单元；
所述探测单元接收到反射回来的红外光线，产生相应的电信号；
机器人系统通过所述电信号确定所述传感器探测单元前方存在障碍物，并且做出相应的反应，避免机器人与其它物体发生碰撞；
所述探测单元包括：同平面并列设置的所述红外线发射管和所述红外线接收管。
所述安装于机器人表面上的呈三角形结构排列的同平面的探测单元向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射红外光线至探测单元，包括：
相邻两个呈正三角形排列的探测单元组成平行四边形，将所述平行四边形上的探测单元分为四个组，每一周期只使用其中的一组进行探测，然后下一周期使用下一组进行探测，直到四个组均完成探测；
每组探测单元中的红外线发射管向前方发射一定频率的红外光线，红外线接收管接收反射的红外光线。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，包括：多个探测单元，所述多个探测单元设置于机器人表面，且呈三角形结构排列；
其中每个探测单元包括：同平面并列设置的红外线发射管和红外线接收管。
2.如权利要求1所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述探测单元设置于三角形的顶点。
3.如权利要求1所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述每个探测单元到相邻探测单元的距离相等。
4.如权利要求3所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述每个探测单元到相邻探测单元的距离相等，包括：
每个所述红外线发射管到相邻所述红外线发射管的距离相等；
每个所述红外线接收管到相邻所述红外线接收管的距离相等。
5.如权利要求4所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述三角形结构为正三角形规则结构。
6.如权利要求1所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述探测器位于机器人的身躯外表面沿设定高度布局。
7.如权利要求1所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述红外传感器，包括：发光元件和接受元件；
所述发光元件采用红外发光二极管OD8810；
所述接收元件采用光电晶体管SFH205。
8.一种用于移动机器人的传感器的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
安装于机器人表面上的呈三角形结构排列的同平面的探测单元向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射红外光线至探测单元；
所述探测单元接收到反射回来的红外光线，产生相应的电信号；
机器人系统通过所述电信号确定所述传感器探测单元前方存在障碍物，并且做出相应的反应，避免机器人与其它物体发生碰撞；
所述探测单元包括：同平面并列设置的所述红外线发射管和所述红外线接收管。
9.如权利要求8所述的一种用于移动机器人的传感器的使用方法，其特征在于，所述安装于机器人表面上的呈三角形结构排列的同平面的探测单元向前方发射一定频率的红外光线，如果在探测单元前方有物体存在，物体表面就会反射红外光线至探测单元，包括：
相邻两个呈正三角形排列的探测单元组成平行四边形，将所述平行四边形上的探测单元分为四个组，每一周期只使用其中的一组进行探测，然后下一周期使用下一组进行探测，直到四个组均完成探测；
每组探测单元中的红外线发射管向前方发射一定频率的红外光线，红外线接收管接收反射的红外光线。
10.如权利要求9所述的一种用于移动机器人的红外传感器，其特征在于，所述探测单元分为四个组；
所述第一组通过标为1的传感器进行探测；
所述第二组通过标为2的传感器进行探测；
所述第三组通过标为3的传感器进行探测；
所述第四组通过标为4的传感器进行探测。
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