CN203981879U - 一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置 - Google Patents

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李晓杰
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Abstract

本实用新型公开了一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距模块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，所述超声波测距模块组包括处于同一高度的位于中心位置的中心模块组、位于中心模块组两侧的左模块组和右模块组，其中中心模块组包括竖直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模块七。本实用新型的系统，利用七个超声波测距模块的特定组合形式，探测盲区小、范围大。

Description

一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置
技术领域
本实用新型涉及超声波测距领域，特别涉及一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置。
背景技术
目前，在测距技术方面，除超声波探测外，被广泛使用的有核辐射测距、微波测距、光学测距等。但超声波测位移有很多优点，与放射性技术相比不需防护；与目前的激光测距相比，超声技术虽在精度上略逊一筹，但比较简单、价格低廉；更重要的是在恶劣环境下，激光测距将受到严重干扰，此时超声测量的高精度就会体现出来。
一般来说，超声波位移测量无须有运动的部件，所以在安装和维护上占有很大的优越性。超声波位移测量具有很大的适应性，因此，在使用要求不大时，超声测距作为一种成熟的非接触式测量技术,在测距与避障等相关领域广泛应用。
一般的超声波测距探头大都测量范围狭小，很多仅能探测正前方的障碍物，对周围环境难以进行准确探测；现有的一些改进型超声波测距仪器，尽管采用了多个超声波收发模块，但由于未能有效地超声波模块组合起来，仍然存在探测盲区多、范围小等问题，不能实现三维立体检测，对三维空间进行避障，尤其是像避开护栏这些近地面部分被掏空的物体，或者进出像车门这些需要屈首来避免碰撞的场合，普通的超声波探测仪难以满足我们的需求。
因此，有必要设计一种新的障碍物检测报警装置来满足人们的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距模块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，以及与主控单元相连的供电装置、蜂鸣器，所述的超声波测距模块组有三组，分别为位于中心位置的中心模块组，位于中心模块组两侧的左模块组和右模块组，三组模块组处于同一高度，其中中心模块组包括竖直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模块七。
所述的斜向下设置的超声波测距模块二、四、六与竖直方向的夹角范围为25～65度。实际应用中，根据放置位置和具体需要而定。
所述的斜向上设置的超声波测距模块三、五、七与水平方向的夹角范围为0～65度。实际应用中，根据放置位置和具体需要而定。
所述的左模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30～60度，所述的右模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30～60度。
所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，还包括与主控单元相连接LCD显示屏。
所述的超声波测距模块带有温度补偿装置。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型摆脱了单个超声波测距模块只能进行二维探测的局限性，利用七个超声波测距模块的特定组合形式，探测盲区小、范围大，将探测预警范围拓展到三维空间并同时锁定障碍物具体在什么方位以更符合现实情况的需要。
2、本实用新型中超声波模块所设置的组合角度，充分考虑使用对象的运动速度与反应特性，所提供的角度范围经过详细的理论分析与试验验证，可以满足系统在不同应用场合的要求。
3、本实用新型在设计上采用了三角型几何原理，根据角度和边长的关系确定探测安全范围，并且能够进行一定程度的自适应调整，实用性和可靠性相比于现有的技术强。
附图说明
图1为本实用新型所述的一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置的结构示意图；
图2为图1所述装置的斜向上设置的超声波测距模块、斜向下设置的超声波测距模块、竖直向下设置的超声波测距模块的位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1，一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距模块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，以及与主控单元相连的供电装置、蜂鸣器，所述的超声波测距模块组有三组，分别为位于中心位置的中心模块组，位于中心模块组两侧的左模块组和右模块组，三组模块组处于同一高度，其中中心模块组包括竖直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模块七；斜向上设置的超声波测距模块、斜向下设置的超声波测距模块、竖直向下设置的超声波测距模块的位置关系如图2所示，其中设安全高度H0和安全浮动距离D0，设超声波测距模块一对地距离为h1，斜向下设置的超声波测距模块二、四、六与竖直方向的夹角为θ，斜向上设置的超声波测距模块三、五、七与水平方向的夹角为γ，则超声波测距模块二、四、六的安全探测距离超声波测距模块三、五、七的安全探测距离
所述的斜向下设置的超声波测距模块二、四、六与竖直方向的夹角范围为25～65度；
所述的斜向上设置的超声波测距模块三、五、七与水平方向的夹角范围为0～65度；
所述的左模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30～60度，所述的右模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30～60度；
所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，还包括与主控单元相连接LCD显示屏；
所述的超声波测距模块带有温度补偿装置。
下面用具体实验数据来说明选取的角度范围的优点及原因：
理论分析：
速度V：系统所在的人或者物体的移动速度；
响应距离S：在障碍物进入报警范围时，系统距离障碍物的距离；
响应时间△t1：在障碍物刚进入报警范围到装置报警所用的时间，即为系统响应时间；
反应时间△t2：在装置报警后到人做出反应所用的时间，即为人体反应时间；
反应预留时间T：响应距离与速度之比，即T＝S/V；
为了能让人或者其他移动设备在遇到路面障碍物、避障装置报警后有足够的时间避障，应取：
T>△t1+△t2        ①
一般地，该避障装置响应时间△t1大致为0.1s，一般的人体反应时间为0.15-0.4s，考虑到运用该导盲装置的盲人或者老龄人反应较慢，至少取为0.3s，而对于高速运作的自动设备包括机器人其反应时间△t2可忽略不计，但是考虑到移动的物体具有惯性，所以一般情况下也宜预留一定的时间，所以，避障系统在使用中可简单的取T>0.4s。
而装置太早报警也不利于人们行走，所以我们也设定报警时间最多提前10s。经过多次试验，我们选取θ角度为25-65度较为合适。以下是在不同速度下、在笔直大道中距离装置前方20m放置凸起障碍物(30cm纸箱)试验结果。
具体实验：
实验一的试验条件：h1＝1m，温度t＝37.1℃。
表1:实验一的实验数据
注：“--”表示无结果。
表1的测试结果显示，θ取值在25°-65°这个范围比较合理，符合上面①的要求；
同样，为了能有足够的时间让人躲避头顶前方的障碍物或者让移动设备避开上空障碍物，也应取：T>△t1+△t2；
此时，相对应的S＝(H0-h1)/tanγ,为人体头部或者设备顶部与上空障碍物之间的水平距离。同上讨论，应取0.4s<T<10s。
经过多次试验，我们选取γ角度为0°-65°较为合适，视所设定的安全高度H0值而定。以下是在不同安全高度H0值、不同速度下、在走道上空距离装置前方20m处布置障碍物(中心离地面1m的50cm*50cm的矩形广告牌)的试验结果。
实验二的试验条件：h1＝1m，温度t＝37.1℃，安全高度H0设置为2m。
表2：实验二实验数据
注：“--”表示无结果。
表2的测试结果显示，在安全高度H0值为1m时，γ角度在25°-65°这个范围比较合理，符合上面①的要求。
实验三的试验条件：h1＝1m，温度t＝37.1℃，安全高度H0设置为1.2m。
表3：实验三的实验数据
注：“--”表示无结果。
表3的测试结果显示，在安全高度H0值为1.2m时，γ角度在0°-20°这个范围比较合理，符合上面①的要求。
综上所述，γ角度选取范围在0°-65°均可以，视所设定的安全高度H0值而定。
需要特别说明的是，本实用新型所述的技术方案的创新点在于超声波测距模块之间的角度设置的选取范围，而不涉及到主控单元对数据的处理过程，只是为了能够为主控单元提供一个比较理想的测试数据，即为后续的数据处理作准备。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距模块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，以及与主控单元相连的供电装置、蜂鸣器，其特征在于：所述的超声波测距模块组有三组，分别为位于中心位置的中心模块组，位于中心模块组两侧的左模块组和右模块组，三组模块组处于同一高度，其中中心模块组包括竖直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模块七。
2.根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在于：所述的斜向下设置的超声波测距模块二、四、六与竖直方向的夹角范围为25～65度。
3.根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在于：所述的斜向上设置的超声波测距模块三、五、七与水平方向的夹角范围为0～65度。
4.根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在于：所述的左模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30～60度，所述的右模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30～60度。
5.根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在于：所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，还包括与主控单元相连接LCD显示屏。
6.根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在于：所述的超声波测距模块带有温度补偿装置。
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