CN206601623U - 一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障控制系统，包括数据中心处理器、超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块，超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块均与数据中心处理器相连接。本实用新型基于视觉传感器、超声波测距传感器、车速传感器综合实现实时感测智能小车行车环境障碍物准确信息，精度高、抗干扰性强，可实现小车的趋势化避障控制；数据中心处理器实现综合最优行车路径优化，实现最优化避障；视觉传感器感测视角达到120°，可实现智能小车动态碰撞动态估计，综合实现对大障碍物的智能躲避。

Description

一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障控制系统

技术领域

本实用新型涉及移动机器人的技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统。

背景技术

智能小车是一种特别的移动机器人，它是通过智能控制器的智能程序来控制其转向、前进、停止以及行驶速度。避障一直是智能小车的一个重要问题，为了实现智能小车的自主避障，必须获得所在环境准确、全面的信息；同时处理环境信息并将之转化为小车避障控制信息。现有小车避障系统大都采用超声波避障、红外探测避障、视觉传感避障、微波雷达、激光测距传感器避障等。小车避障控制系统需要更准确的环境信息，而现有小车避障系统大都采用单一传感器来对障碍物进行测量，显然无法满足需求，亟待采用多传感器系统来提供更全面的环境信息。针对现有小车避障系统大都采用以超声波传感器和红外传感器为主，难以较好的避开大障碍物的问题，亟待研究能够智能避障大障碍物的智能小车避障系统。

实用新型内容

针对小车避障控制系统测量单一，难以较好地避开大障碍物的技术问题，本实用新型提出一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，实现对障碍物特征轮廓、小车与障碍物动态距离的高精度测量，基于多传感器信息融合得到智能小车的精确避障控制信息，实现对大障碍物的智能避障，并将相关结论和状态信息进行语音报警提示和显示提示，且提供通信接口实现与其他车载系统的信息链接，一定程度上提高了智能小车的智能化水平。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，包括数据中心处理器、超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块，超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块均与数据中心处理器相连接。

所述视觉传感器和超声波测距传感器实现对障碍物的图像和距离的综合特征检测，车速传感器测量小车的行驶速度，将检测的障碍物的图像、距离和小车的行驶速度传送至数据中心处理器进行处理，将处理得到的控制结果转换为电机驱动模块的控制信号，实现智能小车的智能避障。

所述避障报警模块包括语音提示模块和显示提示模块，语音提示模块和显示提示模块均与数据中心处理器相连接，语音提示模块用于将数据中心处理器输出的前方障碍物特征信息和避障控制信息播报出来，显示提示模块直接将超声波测距传感器、车速传感器和视觉传感器测得的障碍物的轮廓信息、位置信息和数据中心处理器输出的避障控制信息显示出来。

所述通信接口模块包括CAN总线接口、串口接口模块和无线通信接口，通信接口模块将数据中心处理器解算的车辆运行环境信息和避障控制信息发送到其他小车的车载系统。

本实用新型基于视觉传感器、超声波测距传感器、车速传感器综合实现实时感测智能小车行车环境障碍物准确信息，精度高、抗干扰性强，可实现小车的趋势化避障控制；数据中心处理器利用优化智能算法实现综合最优行车路径优化，实现最优化避障；视觉传感器感测视角达到120°，超声波测距传感器和车速传感器可实现智能小车动态碰撞动态估计，综合实现对大障碍物的智能躲避。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的超声波测距传感器和视觉传感器检测的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，包括数据中心处理器、超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块，超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块均与数据中心处理器相连接。

视觉传感器测量障碍物的轮廓，超声波测距传感器测量车与障碍物的直线距离，视觉传感器和超声波测距传感器实现对障碍物的图像和距离的综合特征检测，车速传感器测量小车的行进速度。图像传感器选用Pixy CMUcam5图像传感器，超声传感器选用SONOCONTROL14超声波传感器。速度传感器采用Risym 2路槽型光耦测速传感器模块。数据中心处理器选择集成有ATmega8处理器的Arduino控制器，数据中心处理器中设有计算处理模块和存储模块，存储模块用于存储超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器测量的数据和小车行车的数据模式库，计算处理模块主要负责对视觉传感器测量得到的包含有障碍物的图像进行处理，得到障碍物的轮廓特征信息，将障碍物特征信息和超声波测距传感器测得的车与障碍物的距离以及小车的行驶速度进行综合解算，并结合小车的电机驱动模块的控制转向阈值空间，得到合理的智能小车避障控制方案。超声波测距传感器、车速传感器和视觉传感器将检测的障碍物的图像、距离和小车的行驶速度传送至数据中心处理器进行处理，将处理得到的控制结果转换为电机驱动模块的控制信号，实现智能小车的智能避障。

避障报警模块包括语音提示模块和显示提示模块，语音提示模块和显示提示模块均与数据中心处理器相连接，语音提示模块用于将数据中心处理器输出的前方障碍物特征信息和避障控制信息播报出来，显示提示模块直接将超声波测距传感器、车速传感器和视觉传感器测得的障碍物的轮廓信息、位置信息和数据中心处理器输出的避障控制信息显示出来。语音报警模块选用Risym ISD1820录音语音模块，图像显示模块选用12864G-086-PC12864液晶模块，实现对避障报警小车避障控制结论等信息的显示。

通信接口模块包括CAN总线接口、串口接口模块和无线通信接口，通信接口模块将数据中心处理器解算的车辆运行环境信息和避障控制信息发送到其他小车的车载系统。无线通信接口内设有射频收发模块，实现数据和控制命令的无线传输。

如图2所示，视觉传感器和超声波测距传感器的感测距离融合结构图。视觉传感器的检测角度为120°，用于探测50cm外较远的障碍物。超声波测距传感器安装在一个可以180°旋转的舵机上，可以探测距离较近的障碍物。超声波测距传感器和视觉传感器的信息的融合扩大了灵敏度和探测范围，反应更为迅速，从而避免了接近障碍物或者碰擦相撞的危险，提高了避障的几率，从而实现一个全方位的避障。

本实用新型具体工作方法如下：小车行进时，当障碍物与智能小车的距离大于50cm时，超声波测距传感器无法检测到障碍物，因此由视觉传感器进行工作；这时，视觉传感器检测并获取障碍物中心点的位置坐标（X轴），并把位置信息传递给数据中心处理器，由数据中心处理器进行判断并控制小车避障。当障碍物在智能小车的左前方时，电机驱动模块驱动小车的右电机停止，左电机正转1秒，从而使智能小车进行右转，向右行驶避开障碍物；当障碍物在智能小车的右前方时，电机驱动模块驱动小车的左电机停止，右电机正转1秒，从而使智能小车进行左转，向左行驶避开障碍物。

当障碍物与智能小车的距离小于或等于50cm时，超声波测距传感器检测到障碍物的存在，因此小车停止，并由舵机控制超声波传感器检测0°、90°、179°三个角度障碍物的距离并传递给数据中心处理器。当智能小车的左侧、右侧与障碍物的距离小于10cm时，电机驱动模块驱动小车的左右电机同时反转0.2s，使智能小车后退，一直循环到当智能小车左侧、右侧与障碍物的距离大于或等于10cm为止。此时当智能小车左侧与障碍物的距离大于右侧与障碍物的距离时，电机驱动模块驱动小车的右电机正转1s，智能小车左转，向左行驶避开障碍物；当智能小车右侧与障碍物的距离大于或等于左侧与障碍物的距离时，电机驱动模块驱动小车的左电机正转1s，智能小车右转，向右行驶避开障碍物，最后，在完成避障要求后，智能小车继续向前行驶。

本实用新型的视觉传感器、超声波测距传感器、车速传感器实时采集障碍物的图像数据、智能小车与障碍物的距离、智能小车车速，并将这些数据发送到数据中心处理器，数据中心处理器将图像数据、距离数据、速度数据进行融合，并与数据中心处理器的行车数据模式库比较，可得到智能小车的行车避障控制结论，即是否要避障以及采用的避障行车模式，并将相应信息转换为相应的显示控制信息和语音控制信息，以推动预警信息显示和语音报警信息播报。同时，数据中心处理器将相应的避障措施转换为相应的车辆电机控制信息，推动小车进行减速、转向等动作，实现智能避障。

本实用新型采用视觉传感器、超声波测距传感器、车速传感器实现对障碍物和车行驶状态的高准确度检测，基于多传感器融合方法，得到高精确度的避障分析结论，可实现对大障碍物的智能避障。并将避障结论信息和相应的控制信心进行语音报警和图形显示报警，使用射频收发和CAN总线等方式传输控制信息和状态，实现了与车载其他系统的信息交联。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，其特征在于，包括数据中心处理器、超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块，超声波测距传感器、车速传感器、视觉传感器、电机驱动模块、避障报警模块、通信接口模块和电源模块均与数据中心处理器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，其特征在于，所述视觉传感器和超声波测距传感器实现对障碍物的图像和距离的综合特征检测，车速传感器测量小车的行驶速度，将检测的障碍物的图像、距离和小车的行驶速度传送至数据中心处理器进行处理，将处理得到的控制结果转换为电机驱动模块的控制信号，实现智能小车的智能避障。

3.根据权利要求2所述的基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，其特征在于，所述避障报警模块包括语音提示模块和显示提示模块，语音提示模块和显示提示模块均与数据中心处理器相连接，语音提示模块用于将数据中心处理器输出的前方障碍物特征信息和避障控制信息播报出来，显示提示模块直接将超声波测距传感器、车速传感器和视觉传感器测得的障碍物的轮廓信息、位置信息和数据中心处理器输出的避障控制信息显示出来。

4.根据权利要求1或3所述的基于多传感器融合的智能小车大障碍物避障系统，其特征在于，所述通信接口模块包括CAN总线接口、串口接口模块和无线通信接口，通信接口模块将数据中心处理器解算的车辆运行环境信息和避障控制信息发送到其他小车的车载系统。