CN113282087B - 避障导游机器人及避障方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避障导游机器人及避障方法，包括：机器人本体，其上设置有轮毂，所述轮毂通过第一电机驱动，所述第一电机与第一电机控制器连接；红外线传感器，包括红外线发射设备和检测设备，所述红外线发射设备用于发射红外线，红外线在接触到物体以后形成反射；所述检测设备对反射的红外线进行检测，并将信号反馈给单片机；单片机，其接收检测设备反馈的红外线信息，经过运算处理，对第一电机控制器输出驱动指令。本发明利用红外线传感器和超声波传感器相互配合来实现自动避障功能。

Description

避障导游机器人及避障方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域。更具体地说，本发明涉及一种避障导游机器人及避障方法。
背景技术
随着工业自动化的发展，机器智能受到越来越多的关注，其中的智能机器人更是被公认为未来的主流发展方向。智能导游机器人应运而生，然而现有的智能导游机器人在路径优化选择、有效避开障碍物上还需要进一步完善。如何使智能导游机器人在复杂环境中选取最优路径的同时还要避开障碍物，实现机器人行走的自动控制，快速理解周围的环境情况，并将其转化为控制命令，来确保机器人在移向给定目标位置处时能够稳定、安全地避开所有阻碍前行的物体，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种避障导游机器人，包括：
机器人本体，其上设置有轮毂，所述轮毂通过第一电机驱动，所述第一电机与第一电机控制器连接；
红外线传感器，包括红外线发射设备和检测设备，所述红外线发射设备用于发射红外线，红外线在接触到物体以后形成反射；所述检测设备对反射的红外线进行检测，并将信号反馈给单片机；
单片机，其接收检测设备反馈的红外线信息，经过运算处理，对第一电机控制器输出驱动指令。
优选的是，所述机器人本体上设置有深度摄像头。
优选的是，所述机器人本体上四周各安装有一组超声波传感器。
优选的是，所述机器人本体上四周各安装有一组红外线传感器。
优选的是，还包括里程计，其与第一电机控制器连接。
优选的是，四组超声波传感器和四组红外线传感器通过一组固定架安装于机器人本体上；
所述固定架包括：
抱箍，固定环设于机器人本体上；
四组调位系统分别固定于抱箍的四周，所述调位系统由水平设置的丝杆、螺母、第二电机、第二电机控制器构成；所述第二电机控制器与所述第二电机连接，所述第二电机驱动所述丝杆转动，所述螺母通过丝杆的转动可在丝杆上水平移动，第二电机控制器与所述单片机连接；
安装座，与安装座位于机器人本体同侧的红外线传感器和超声传感器安装于安装座上且位于同一高度，所述安装座固定于螺母上；
移动终端，其与单片机信号连接。
本发明还提供了一种利用避障导游机器人的避障方法，导游机器人从起点至指定目标点的过程中，安装的红外线传感器和超声波传感器发出检测障碍物信号，当检测到障碍物和导游机器人之间的距离在设定距离范围之内时，单片机对不同传感器检测的障碍物距离数据分别进行处理分析，根据设定的控制规则，对第一电机控制器发出执行命令，所述第一电机控制器控制第一电机驱动轮毂调整运作姿态的同时准确避开障碍物。
优选的是，当位于同一侧的红外线传感器和超声波传感器中有一个未检测到障碍物时，所述单片机向第二电机控制器发出指令控制第二电机驱动丝杆转动使螺母朝向检测到障碍物的一端运动，直到未检测到障碍物的传感器到达检测到障碍物的传感器的所在位置，并通过红外线传感器和超声波传感器再次检测；
当两组传感器均检测到障碍物时，单片机控制机器人本体避障；当未检测到障碍物的传感器依然未检测到传感器，则单片机向移动终端发出未检测到障碍物传感器的故障信息。
本发明至少包括以下有益效果：避障导游机器人利用红外线传感器和超声波传感器相互配合来实现自动避障功能，且能够实时了解各个传感器的工作情况，最后移动终端实现人机交互。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明应用红外线传感器的避障导游机器人避障原理图；
图2是本发明避障导游机器人红外避障示意图；
图3是本发明避障导游机器人电路图；
图4是本发明红外传感器与超声波传感器融合工作图；
图5是本发明固定架的设置示意图。
1、机器人本体，2、轮毂，3、抱箍，4、安装座，5、丝杆，6、第二电机，7、红外线传感器，8、超声传感器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种避障导游机器人，包括：
机器人本体，其上设置有轮毂2和指示灯，所述轮毂通过第一电机驱动，所述第一电机与第一电机控制器连接；
红外线传感器，包括红外线发射设备和检测设备，所述红外线发射设备用于发射红外线，红外线在接触到物体以后形成反射；所述检测设备对反射的红外线进行检测，并将信号反馈给单片机；物体距离红外线传感器的距离不同，反射角也就不同，根据反射的红外线的偏移数据就能准确的计算出二者之间的距离，并且成功的进行避障。
单片机，其接收检测设备反馈的红外线信息，经过运算处理，对第一电机控制器输出驱动指令，通过第一电机控制器对第一电机的转速进行调整，从而实现机器人的差速转向避障。
在上述技术方案中，将红外线传感器技术应用到导游机器人避障中，主要就是利用二角测量原理。红外线感应器分成红外线发射设备和检测设备两部分，其中红外线发射设备负责发射红外线，红外线在接触到物体以后形成反射，而检测设备主要能够对反射的红外线进行检测。物体距离红外线传感器的距离不同，反射角也就不同，根据反射的红外线的偏移数据就能准确的计算出二者之间的距离，并且成功的进行避障。如图1、2所示，红外线传感器避障原理图，避障导游机器人的红外线传感器发射出一定波长的红外光，当出现障碍物时，红外传感器的接收端接收到障碍物反射回来的红外光，将信号反馈给单片机，经过单片机的运算处理，通过电机控制器对第一电机的转速进行调整，从而实现机器人的差速转向避障。
如图3所示，4引脚的GND端口接地，8引脚的VCC端口接电源电压，R1、R2、R5、R6、R9、R10为电路的限流电阻,D1、D3为LED灯，当有障碍物时，电路形成回路，指示灯LED红灯亮起。该电路是一个比较电路，当传感器所在的方向有障碍物时，红外线传感器的发射端V1发射出来的信号经过障碍物的反射，信号被接收端V3(可变电阻，可根据信号的强弱改变本身的电阻阻值)接收到后阻值降低，电压也随之降低(根据分压原理)，W1为电位器，根据预先设计的电压4.5V，INA+正向输入的电压小于INA-反向输入的电压，OUTA口输出低电平信号到单片机，单片机经过运算处理将信号传输给电机控制器，从而改变该方向轮毂电机的转速，从而实现转向。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述机器人本体上设置有深度摄像头。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图4所示，所述机器人本体上四周各安装有一组超声波传感器。超声波传感器的原理是基于其物理基础，当超声波模块产生超声波后，单片机的计时器开始计时。超声波在遇到障碍物后会被反射，超声波模块接收到反射波后，单片机的计时器停止计时。根据收发超声波所产生的时间差，便可计算出超声波模块与障碍物的距离。超声波模块在接收超声波时存在能量转化，当超声波接收到反射波后，声信号转换为电信号，从而使单片机的停止计时。设超声波的声速为V，时间差为t 0则超声波的测距公式如下：S＝V×t 0/2。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述机器人本体上四周各安装有一组红外线传感器。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：还包括里程计，其与第一电机控制器连接。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：四组超声波传感器和四组红外线传感器通过一组固定架安装于机器人本体上；
如图5所示，所述固定架包括：
抱箍3，固定环设于机器人本体1上；
四组调位系统分别固定于抱箍3的四周，所述调位系统由水平设置的丝杆5、螺母、第二电机6、第二电机6控制器构成；所述第二电机6控制器与所述第二电机6连接，所述第二电机6驱动所述丝杆5转动，所述螺母通过丝杆5的转动可在丝杆5上水平移动，第二电机6控制器与所述单片机连接；
安装座4，与安装座4位于机器人本体1同侧的红外线传感器7和超声传感器8安装于安装座4上且位于同一高度，所述安装座4固定于螺母上；
移动终端，其与单片机信号连接。
一种利用避障导游机器人的避障方法，导游机器人从起点至指定目标点的过程中，安装的红外线传感器7和超声波传感器发出检测障碍物信号，当检测到障碍物和导游机器人之间的距离在设定距离范围之内时，单片机对不同传感器检测的障碍物距离数据分别进行处理分析，根据设定的控制规则，对第一电机控制器发出执行命令，所述第一电机控制器控制第一电机驱动轮毂调整运作姿态的同时准确避开障碍物。
本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：当位于同一侧的红外线传感器和超声波传感器中有一个未检测到障碍物时，所述单片机向第二电机控制器发出指令控制第二电机驱动丝杆转动使螺母朝向检测到障碍物的一端运动，直到未检测到障碍物的传感器到达检测到障碍物的传感器的所在位置，并通过红外线传感器和超声波传感器再次检测；
当两组传感器均检测到障碍物时，单片机控制机器人本体避障；当未检测到障碍物的传感器依然未检测到传感器，则单片机向移动终端发出未检测到障碍物传感器的故障信息。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (1)

1.一种利用避障导游机器人的避障方法，其特征在于，避障导游机器人包括：
机器人本体，其上设置有轮毂，所述轮毂通过第一电机驱动，所述第一电机与第一电机控制器连接；所述机器人本体上设置有深度摄像头；所述机器人本体上四周各安装有一组超声波传感器和一组红外线传感器；
里程计，其与第一电机控制器连接；
红外线传感器，包括红外线发射设备和检测设备，所述红外线发射设备用于发射红外线，红外线在接触到物体以后形成反射；所述检测设备对反射的红外线进行检测，并将信号反馈给单片机；
单片机，其接收检测设备反馈的红外线信息，经过运算处理，对第一电机控制器输出驱动指令；
其中，四组超声波传感器和四组红外线传感器通过一组固定架安装于机器人本体上；
所述固定架包括：
抱箍，固定环设于机器人本体上；
四组调位系统分别固定于抱箍的四周，所述调位系统由水平设置的丝杆、螺母、第二电机、第二电机控制器构成；所述第二电机控制器与所述第二电机连接，所述第二电机驱动所述丝杆转动，所述螺母通过丝杆的转动可在丝杆上水平移动，第二电机控制器与所述单片机连接；
安装座，与安装座位于机器人本体同侧的红外线传感器和超声传感器安装于安装座上且位于同一高度，所述安装座固定于螺母上；
移动终端，其与单片机信号连接；
导游机器人从起点至指定目标点的过程中，安装的红外线传感器和超声波传感器发出检测障碍物信号，当检测到障碍物和导游机器人之间的距离在设定距离范围之内时，单片机对不同传感器检测的障碍物距离数据分别进行处理分析，对第一电机控制器发出执行命令，所述第一电机控制器控制第一电机驱动轮毂调整运作姿态的同时准确避开障碍物；
当位于同一侧的红外线传感器和超声波传感器中有一个未检测到障碍物时，所述单片机向第二电机控制器发出指令控制第二电机驱动丝杆转动使螺母朝向检测到障碍物的一端运动，直到未检测到障碍物的传感器到达检测到障碍物的传感器的所在位置，并通过红外线传感器和超声波传感器再次检测；
当两组传感器均检测到障碍物时，单片机控制机器人本体避障；当未检测到障碍物的传感器依然未检测到传感器，则单片机向移动终端发出未检测到障碍物传感器的故障信息。
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