CN111367300B - 多路超声波的障碍检测方法、移动机器人及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路超声波的障碍检测方法、移动机器人及存储介质，涉及移动机器人技术领域。其技术要点包括以下步骤；定义超声波探头至和移动机器人移动方向对应的超声波检测组；基于移动传感器信息，判断移动机器人的移动方向；修改超声波轮询协议中各个超声波检测组的轮询频率，使得对应移动机器人的移动方向的超声波检测组的轮询频率大于机器人其他移动方向的超声波检测组；基于修改后超声波轮询协议，轮询开启超声波探头探测，本发明具有提升对超声波探头频率的利用率，减小移动机器人撞到物体可能性的优点。

Description

多路超声波的障碍检测方法、移动机器人及存储介质

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，更具体地说，它涉及一种多路超声波的障碍检测方法、移动机器人及存储介质。

背景技术

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。而对于移动机器人而言主要需要的功能包括路径规划和实时避障。其中路径规划是移动机器人根据目的自己决策规划形成的移动路径。而实时避障是通过红外、超声波、激光及视觉传感器来判断移动方向上是否存在障碍，然后进行路径重新规划的方式实现 。

目前，公布号为CN105629970A的中国专利公开一种基于超声波的机器人定位避障方法，实现了基于超声波传感器的移动机器人定位，较快地实现了超声波与单目视觉下的机器人同时定位与地图创建，实现家庭环境下的自主导航和避障路径规划。

现有技术中类似于上述的具有超声波传感器的移动机器人，其设置的超声波检测障碍和移动机器人之间的距离。现有的移动机器人安装的超声波探头的数量会增多，以检测移动机器人周向的各个方向,有时甚至达到十多路的超声波探头。而超声波在探测物体时，本身需要等待超声波发射出去又反射回来的时间，而当超声波探头数量较多时，采用轮询法需耗时较多，无论是用串口485或IIC通信都不能满足工作时快速信息获取的要求，有撞物体的可能。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种多路超声波的障碍检测方法，其具有提升对超声波探头频率的利用率，减小移动机器人撞到物体可能性的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种多路超声波的障碍检测方法，包括以下步骤；

定义超声波探头至和移动机器人移动方向对应的超声波检测组；

基于移动传感器信息，判断移动机器人的移动方向；

修改超声波轮询协议中各个超声波检测组的轮询频率，使得对应移动机器人的移动方向的超声波检测组的轮询频率大于机器人其他移动方向的超声波检测组；

基于修改后超声波轮询协议，轮询开启超声波探头探测。

通过采用上述技术方案，现有的多路的超声波探头的移动机器人，其在移动的过程中，采用的轮询方式一般为逐一轮询，保证全面的获取到每一个方向上的超声波探头发出的障碍信息。但是在超声波探头路数增多的同时会导致无效的信息增多，影响移动机器人的超声波检测效果。而本方案中通过超声波探头所在的周向位置划分超声波检测组，并根据移动机器人的移动方向，增大移动机器人启动方向上超声波检测组的轮询频率。从而在不增加超声波探头数量和处理器能力的情况下，间接的提升了移动机器人轮询的有效频率，提升对超声波探头频率的利用率，减小移动机器人撞到物体的可能性。

本发明进一步设置为：所述移动传感器包括三轴陀螺仪，移动机器人的移动方向信息基于三轴陀螺仪的输出获取。

通过采用上述技术方案，三轴陀螺仪能够同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速；同时三轴陀螺仪也是移动机器人的必备硬件，基于三轴陀螺仪获取移动方向信息，无需添加额外原件，且检测数据准确。

本发明进一步设置为：所述超声波探头的超声波检测组的数量至少包括前进超声波检测组、后退超声波检测组、左移超声波检测组和右移超声波检测组。

通过采用上述技术方案，根据移动机器人移动的环境的复杂度来确定超声波检测组的数量，移动机器人前后左右四个方向都有声波检测组能够确保检测四个方向上的障碍信息。

本发明进一步设置为：移动机器人的移动方向信息基于三轴陀螺仪的X轴的输出角度获取，当X轴的输出角度处于0°至10°之间和350°至360°之间且包括350°和10°时，判断移动机器人为前进方向；当X轴的输出角度为10°至170°之间，判断移动机器人为右转方向；当X轴的输出角度处于170°至190°之间且包括170°和190°时，判断移动机器人为后退方向；当X轴的输出角度处于190°至350°之间，判断移动机器人为左转方向。

通过采用上述技术方案，通过上述角度的划分能够快速的帮助移动机器人确定移动方向，从而修改后超声波轮询协议。

本发明进一步设置为：所述移动传感器还包括安装于电机上的编码器，对应超声波检测组轮询频率的数值基于编码器输出脉冲的频率大小改变。

通过采用上述技术方案，通过获取编码器的脉冲频率大小能够计算出移动机器人的移动速度，从而根据移动机器人速度的快慢情况来达到修改对应超声波检测组轮询频率的数值，以适应不同情况下的需求。

本发明进一步设置为：对应移动机器人的移动方向的超声波检测组轮询频率至少为其他移动机器人其他移动方向上超声波检测组轮询频率的2倍。

通过采用上述技术方案，轮询频率越高，对应移动机器人的移动方向的超声波检测组的准确性就越高,而移动方向上最有可能出现障碍的，因此提升移动机器人的移动方向的超声波检测组的频率等于提升了整体的检测有效性。

本发明进一步设置为：基于编码器输出脉冲的频率大小设置有低速区间、中速区间和高速区间，低速区间对应低倍轮询频率，中速区间对应中倍轮询频率，高速区间对应高倍轮询频率，且高倍轮询频率大于中倍轮询频率，中倍轮询频率高于低倍轮询频率。

通过采用上述技术方案，在移动机器人速度较低时，保证了机器人移动过程中检测的全面性，而在移动机器人速度较快的情况下主要以提升移动方向的轮询频率来提升检测的有效性。

本发明进一步设置为：超声波通信协议通过485串口通信方式依次发送串口地址、寄存器和探测指令。

通过采用上述技术方案，485采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。

本发明目的二是提供一种移动机器人，具有超声波探头频率的有效利用率高的特点。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种移动机器人，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述多路超声波的障碍检测方法的计算机程序。

本发明目的三是提供一种计算机存储介质，能够存储相应的程序，具有便于实现超声波探头频率的有效利用率高的特点。

本发明的上述发明目的三是通过以下技术方案得以实现的：

一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一种多路超声波的障碍检测方法方法的计算机程序。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本方案通过增加移动方向上超声波探头轮询频率的方式，使得移动机器人在安装多达十多路路超声波探头后，仍可以在保证安全的前提下快速移动；

（2）本方案通过增加移动方向上超声波探头轮询频率的方式，把机器人行驶时需要的有效超声波频率提高一倍左右。

附图说明

图1为多路超声波的障碍检测方法的流程示意图；

图2为凸显一种移动机器人的超声波探头分布结构示意图。

附图标记：1、移动机器人；100、超声波探头；200、前进超声波检测组；300、后退超声波检测组；400、左移超声波检测组；500、右移超声波检测组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例，一种多路超声波的障碍检测方法，其应用于移动机器人1上。而本方案中指出的移动机器人1为能够自主移动的机器人。移动机器人1为集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。其中，为了实现上述功能移动机器人1至少包括用于感知外界障碍的超声波探头100、用于获取自身移动状态的移动传感器、用于获取运行多路超声波的障碍检测方法的控制器和用于驱动移动机器人1移动的驱动电机。

根据移动机器人1外部结构不同，移动机器人1安装的超声波探头100数量和超声波探头100安装的位置均有所不同，本方案主要针对至少包含四路超声波探头100，且移动机器人1的前后左右四个方向上均具有超声波探头100的移动机器人1。

具体的，多路超声波的障碍检测方法，如图1所示，包括以下步骤；

S1、定义超声波探头100至和移动机器人1移动方向对应的超声波检测组；

定义超声波检测组根据超声波探头100所处在移动机器人1的周向位置处来划分，且定义超声波检测组的数量至少包括前进超声波检测组200、后退超声波检测组300、左移超声波检测组400和右移超声波检测组500这四组。当超声波探头100数量较多时，可以将超声波检测组的数量设置为八组。

而前进超声波检测组200、后退超声波检测组300、左移超声波检测组400和右移超声波检测组500具体划分方式，可以将移动机器人1的X轴圆周360°按照移动机器人1移动的方向平分分成四部分，前进超声波检测组200、后退超声波检测组300、左移超声波检测组400和右移超声波检测组500对应其中的一部分。之后按照超声波探头100所处周向位置所处范围内，将超声波探头100添加到对应的超声波检测组内。

举个例子，如图2所示，一个矩形的移动机器人1其包括十路超声波探头100，其中，移动机器人1的前侧壁和后侧壁设置有两路超声波探头100，移动机器人1的左侧壁和右侧壁均设置有三路超声波探头100。通过X轴的周向划分后，前侧壁的两路设置于前进超声波检测组200对应的90°圆周范围内，后侧壁的两路设置于后退超声波检测组300对应的90°圆周范围内，左侧壁的三路设置于左移超声波检测组400对应的90°圆周范围内，右侧壁的三路设置于右移超声波检测组500对应的90°圆周范围内。之后按照超声波探头100所处周向位置所处范围内，将超声波探头100添加到对应的超声波检测组内。实现了定义超声波探头100至和移动机器人1移动方向对应的超声波检测组。

S2、基于移动传感器信息，判断移动机器人1的移动方向；

移动传感器包括三轴陀螺仪和安装于电机上的编码器。其中三轴陀螺仪也是移动机器人1的必备硬件，三轴陀螺仪包括三个方向的陀螺仪，能够同时测定6个方向的加速度，因此能够根据三轴陀螺仪输出的加速度信息获取到移动机器人1的移动方向。编码器能够对电机的转动圈数输出，因此通过获取编码器的脉冲频率大小能够计算出移动机器人1的移动速度。

具体的，移动机器人1的移动方向信息基于三轴陀螺仪的X轴的输出角度获取，当X轴的输出角度处于0°至10°之间和350°至360°之间且包括350°和10°时，判断移动机器人1为前进方向；当X轴的输出角度为10°至170°之间，判断移动机器人1为右转方向；当X轴的输出角度处于170°至190°之间且包括170°和190°时，判断移动机器人1为后退方向；当X轴的输出角度处于190°至350°之间，判断移动机器人1为左移方向。

S3、修改超声波轮询协议中各个超声波检测组的轮询频率；

修改后，对应移动机器人1的移动方向的超声波检测组的轮询频率大于机器人其他移动方向的超声波检测组，将机器人其他移动方向的超声波检测组的轮询频率作为一个单位的基准轮询频率，则对应移动机器人1的移动方向的超声波检测组轮询频率至少为基准轮询频率的2倍。

具体的，当移动机器人1朝前移动时，则处于前进超声波检测组200的轮询频率将大于后退超声波检测组300、左移超声波检测组400和右移超声波检测组500的轮询频率。而当前进超声波检测组200的轮询频率为基准轮询频率的2倍时，移动机器人1在一个周期中将轮询前进超声波检测组200内检测探头次数是其他超声波检测组内超声波探头100的两倍。从而把机器人行驶时需要的有效超声波频率提高一倍左右，使得移动机器人1在安装多路超声波探头100后，仍可以在保证安全的前提下快速移动。

进一步的，基于编码器输出脉冲的频率大小设置有低速区间、中速区间和高速区间，低速区间、中速区间和高速区间的范围可调，基于移动机器人1的实际需求确定；低速区间对应低倍轮询频率，中速区间对应中倍轮询频率，高速区间对应高倍轮询频率，且高倍轮询频率大于中倍轮询频率，中倍轮询频率高于低倍轮询频率。具体的，低倍轮询频率、中倍轮询频率和高倍轮询频率均为对应移动机器人1的移动方向的超声波检测组待修改的轮询频率。其中低倍轮询频率、中倍轮询频率和高倍轮询频率可以分别为基准轮询频率2倍、2.5倍和3倍。

S4、基于修改后超声波轮询协议，轮询开启超声波探头100探测。

超声波通信协议通过485串口通信方式依次发送串口地址、寄存器和探测指令。具体的超声波探头100可以采用超声波控制器模块，便于从整体上控制超声波探头100的轮询开启。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意结合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读移动式存储设备中。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读移动式存储设备中，上述提到的移动式存储设备可以是U盘、TF卡或SD卡等。

本发明的有益效果如下：

现有的多路的超声波探头100的移动机器人1，其在移动的过程中，采用的轮询方式一般为逐一轮询，保证全面的获取到每一个方向上的超声波探头100发出的障碍信息。但是在超声波探头100路数增多的同时会导致无效的信息增多，影响移动机器人1的超声波检测效果。而本方案中通过超声波探头100所在的周向位置划分超声波检测组，并根据移动机器人1的移动方向，增大移动机器人1启动方向上超声波检测组的轮询频率。从而在不增加超声波探头100数量和处理器能力的情况下，间接的提升了移动机器人1轮询的有效频率，提升对超声波探头100频率的利用率，减小移动机器人1撞到物体的可能性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多路超声波的障碍检测方法，其特征在于，应用于移动机器人(1)上，所述移动机器人(1)为能够自主移动的机器人，集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行多功能于一体，所述方法包括以下步骤；

定义超声波探头(100)至和所述移动机器人(1)多个移动方向对应的超声波检测组，所述超声波探头(100)为多路超声波探头；其中，所述超声波探头(100)的超声波检测组的数量包括前进超声波检测组(200)、后退超声波检测组(300)、左移超声波检测组(400)和右移超声波检测组(500)，其中前进超声波检测组(200)、后退超声波检测组(300)、左移超声波检测组(400)和右移超声波检测组(500)具体划分方式是将移动机器人(1)的X轴圆周360°按照移动机器人(1)移动的方向90度平分分成四部分，前进超声波检测组(200)、后退超声波检测组(300)、左移超声波检测组(400)和右移超声波检测组(500)分别对应其中的一部分，按照超声波探头(100)所处周向位置所处范围内，将超声波探头(100)添加到对应的超声波检测组内；

基于移动传感器信息，判断所述移动机器人(1) 在所述移动方向中前进的第一移动方向与移动速度，所述移动传感器包括三轴陀螺仪和安装于电机上的编码器，其中所述三轴陀螺仪能够同时测定6个方向的加速度，根据所述三轴陀螺仪输出的加速度信息获取到所述移动机器人(1)前进中的移动方向，所述编码器能够对所述电机的转动圈数输出，通过获取所述编码器的脉冲频率大小能够计算出所述移动机器人(1)的移动速度；其中，所述移动机器人(1)的移动方向信息基于三轴陀螺仪的X轴的输出角度获取，当X轴的输出角度处于0°至10°之间和350°至360°之间且包括350°和10°时，判断所述移动机器人(1)为前进方向；当X轴的输出角度为10°至170°之间，判断所述移动机器人(1)为右转方向；当X轴的输出角度处于170°至190°之间且包括170°和190°时，判断所述移动机器人(1)为后退方向；当X轴的输出角度处于190°至350°之间，判断所述移动机器人(1)为左转方向；

修改超声波轮询协议中各个超声波检测组的轮询频率，使得对应所述移动机器人(1)前进中的第一移动方向的超声波检测组的轮询频率大于所述移动机器人(1)在所述移动方向中其他的第二移动方向的超声波检测组，并且对应所述移动机器人(1)前进中的第一移动方向的超声波检测组的轮询频率基于所述编码器的脉冲频率为区间范围可调，对应所述移动机器人(1)其他的第二移动方向的超声波检测组的轮询频率作为一个单位的基准轮询频率，则对应所述移动机器人(1)前进中的第一移动方向的超声波检测组轮询频率至少为所述基准轮询频率的2倍；

基于修改后超声波轮询协议，轮询开启所述超声波探头(100)探测；

其中，所述超声波探头(100)采用超声波控制器模块，从整体上控制所述超声波探头(100)的轮询开启。

2.根据权利要求1所述的多路超声波的障碍检测方法，其特征在于：基于所述编码器输出脉冲的频率大小设置有低速区间、中速区间和高速区间，所述低速区间对应低倍轮询频率，所述中速区间对应中倍轮询频率，所述高速区间对应高倍轮询频率，且高倍轮询频率大于中倍轮询频率，中倍轮询频率高于低倍轮询频率。

3.根据权利要求1所述的多路超声波的障碍检测方法，其特征在于：超声波通信协议通过485串口通信方式依次发送串口地址、寄存器和探测指令。

4.一种移动机器人，其特征在于，包括:用于感知外界障碍的超声波探头(100)、用于获取自身移动状态的移动传感器、用于获取运行如权利要求1至3中任一项所述的一种多路超声波的障碍检测方法的控制器和用于驱动所述移动机器人(1)移动的驱动电机。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至3中任一项所述的一种多路超声波的障碍检测方法的计算机程序。

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