一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，包括順序相連的超聲波測距模塊組、超聲波測距模塊組收發(fā)控制電路、主控單元，所述超聲波測距模塊組包括處于同一高度的位于中心位置的中心模塊組、位于中心模塊組兩側(cè)的左模塊組和右模塊組，其中中心模塊組包括豎直向下設(shè)置的超聲波測距模塊一、斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三，左模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊四、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊五，右模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊組六、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊七。本實(shí)用新型的系統(tǒng)，利用七個超聲波測距模塊的特定組合形式，探測盲區(qū)小、范圍大。
【專利說明】一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超聲波測距領(lǐng)域，特別涉及一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在測距技術(shù)方面，除超聲波探測外，被廣泛使用的有核輻射測距、微波測距、光學(xué)測距等。但超聲波測位移有很多優(yōu)點(diǎn)，與放射性技術(shù)相比不需防護(hù)；與目前的激光測距相比，超聲技術(shù)雖在精度上略遜一籌，但比較簡單、價格低廉；更重要的是在惡劣環(huán)境下，激光測距將受到嚴(yán)重干擾，此時超聲測量的高精度就會體現(xiàn)出來。
[0003]一般來說，超聲波位移測量無須有運(yùn)動的部件，所以在安裝和維護(hù)上占有很大的優(yōu)越性。超聲波位移測量具有很大的適應(yīng)性，因此，在使用要求不大時，超聲測距作為一種成熟的非接觸式測量技術(shù)，在測距與避障等相關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
[0004]一般的超聲波測距探頭大都測量范圍狹小，很多僅能探測正前方的障礙物，對周圍環(huán)境難以進(jìn)行準(zhǔn)確探測；現(xiàn)有的一些改進(jìn)型超聲波測距儀器，盡管采用了多個超聲波收發(fā)模塊，但由于未能有效地超聲波模塊組合起來，仍然存在探測盲區(qū)多、范圍小等問題，不能實(shí)現(xiàn)三維立體檢測，對三維空間進(jìn)行避障，尤其是像避開護(hù)欄這些近地面部分被掏空的物體，或者進(jìn)出像車門這些需要屈首來避免碰撞的場合，普通的超聲波探測儀難以滿足我們的需求。
[0005]因此，有必要設(shè)計(jì)一種新的障礙物檢測報警裝置來滿足人們的需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置。
[0007]本實(shí)用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，包括順序相連的超聲波測距模塊組、超聲波測距模塊組收發(fā)控制電路、主控單元，以及與主控單元相連的供電裝置、蜂鳴器，所述的超聲波測距模塊組有三組，分別為位于中心位置的中心模塊組，位于中心模塊組兩側(cè)的左模塊組和右模塊組，三組模塊組處于同一高度，其中中心模塊組包括豎直向下設(shè)置的超聲波測距模塊一、斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三，左模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊四、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊五，右模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊組六、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊七。
[0009]所述的斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、四、六與豎直方向的夾角范圍為25?65度。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)放置位置和具體需要而定。
[0010]所述的斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三、五、七與水平方向的夾角范圍為O?65度。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)放置位置和具體需要而定。
[0011]所述的左模塊組的探測平面與中心模塊組的探測平面的夾角范圍為30?60度，所述的右模塊組的探測平面與中心模塊組的探測平面的夾角范圍為30?60度。
[0012]所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，還包括與主控單元相連接IXD顯示屏。
[0013]所述的超聲波測距模塊帶有溫度補(bǔ)償裝置。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0015]1、本實(shí)用新型擺脫了單個超聲波測距模塊只能進(jìn)行二維探測的局限性，利用七個超聲波測距模塊的特定組合形式，探測盲區(qū)小、范圍大，將探測預(yù)警范圍拓展到三維空間并同時鎖定障礙物具體在什么方位以更符合現(xiàn)實(shí)情況的需要。
[0016]2、本實(shí)用新型中超聲波模塊所設(shè)置的組合角度，充分考慮使用對象的運(yùn)動速度與反應(yīng)特性，所提供的角度范圍經(jīng)過詳細(xì)的理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，可以滿足系統(tǒng)在不同應(yīng)用場合的要求。
[0017]3、本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)上采用了三角型幾何原理，根據(jù)角度和邊長的關(guān)系確定探測安全范圍，并且能夠進(jìn)行一定程度的自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)用性和可靠性相比于現(xiàn)有的技術(shù)強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型所述的一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1所述裝置的斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊、斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊、豎直向下設(shè)置的超聲波測距模塊的位置關(guān)系示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0021]如圖1，一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，包括順序相連的超聲波測距模塊組、超聲波測距模塊組收發(fā)控制電路、主控單元，以及與主控單元相連的供電裝置、蜂鳴器，所述的超聲波測距模塊組有三組，分別為位于中心位置的中心模塊組，位于中心模塊組兩側(cè)的左模塊組和右模塊組，三組模塊組處于同一高度，其中中心模塊組包括豎直向下設(shè)置的超聲波測距模塊一、斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三，左模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊四、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊五，右模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊組六、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊七；斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊、斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊、豎直向下設(shè)置的超聲波測距模塊的位置關(guān)系如圖2所示，其中設(shè)安全高度H0和安全浮動距離Dtl,設(shè)超聲波測距模塊一對地距離為Ii1，斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、四、六與豎直方向的夾角為Θ，斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三、五、七與水平方向的夾角為Y，則超聲波測距模塊二、四、六的安全探測距離P -超聲波測距模塊三、五、七的安全探測距離"=H'—、'
cos Θsin Y
[0022]所述的斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、四、六與豎直方向的夾角范圍為25?65度；
[0023]所述的斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三、五、七與水平方向的夾角范圍為O?65度；
[0024]所述的左模塊組的探測平面與中心模塊組的探測平面的夾角范圍為30?60度，所述的右模塊組的探測平面與中心模塊組的探測平面的夾角范圍為30?60度；
[0025]所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，還包括與主控單元相連接LCD顯示屏；
[0026]所述的超聲波測距模塊帶有溫度補(bǔ)償裝置。
[0027]下面用具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明選取的角度范圍的優(yōu)點(diǎn)及原因:
[0028]理論分析:
[0029]速度V:系統(tǒng)所在的人或者物體的移動速度；
[0030]響應(yīng)距離S:在障礙物進(jìn)入報警范圍時，系統(tǒng)距離障礙物的距離；
[0031]響應(yīng)時間Λ tl:在障礙物剛進(jìn)入報警范圍到裝置報警所用的時間，即為系統(tǒng)響應(yīng)時間；
[0032]反應(yīng)時間Λ t2:在裝置報警后到人做出反應(yīng)所用的時間，即為人體反應(yīng)時間；
[0033]反應(yīng)預(yù)留時間T:響應(yīng)距離與速度之比，即T = S/V ；
[0034]為了能讓人或者其他移動設(shè)備在遇到路面障礙物、避障裝置報警后有足夠的時間避障，應(yīng)取:
[0035]Τ> Δ tl+ Δ t2①
[0036]一般地，該避障裝置響應(yīng)時間Λ tl大致為0.1s, 一般的人體反應(yīng)時間為
0.15-0.4s,考慮到運(yùn)用該導(dǎo)盲裝置的盲人或者老齡人反應(yīng)較慢，至少取為0.3s,而對于高速運(yùn)作的自動設(shè)備包括機(jī)器人其反應(yīng)時間Λ t2可忽略不計(jì)，但是考慮到移動的物體具有慣性，所以一般情況下也宜預(yù)留一定的時間，所以，避障系統(tǒng)在使用中可簡單的取T>0.4s。
[0037]而裝置太早報警也不利于人們行走，所以我們也設(shè)定報警時間最多提前10s。經(jīng)過多次試驗(yàn)，我們選取Θ角度為25-65度較為合適。以下是在不同速度下、在筆直大道中距離裝置前方20m放置凸起障礙物(30cm紙箱)試驗(yàn)結(jié)果。
[0038]具體實(shí)驗(yàn):
[0039]實(shí)驗(yàn)一的試驗(yàn)條件=Ii1 = Im,溫度t = 37.1°C。
[0040]表1:實(shí)驗(yàn)一的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0041] 反應(yīng)預(yù)留時
T (S) \ (m/s)
\0.40.60.81.2
O0.000.000.000.00
50.220.150.110.07
100.440.290.220.15
150.670.450.330.22
200.910.610.450.30
251.170.780.580.39
301.440.960.720.48
351.751.170.880.58
402.101.401.050.70
452.501.671.250.83
502.981.991.490.99
553.572,381.791.19
604.332.892.171.44
655.363.572.681.79
706.874.583.432.29
759.336.224.673.11
8014.189.457.094.73
8528.581914.299.53
90————
[0042]注:“一”表示無結(jié)果。
[0043]表I的測試結(jié)果顯示，Θ取值在25° -65°這個范圍比較合理，符合上面①的要求；
[0044]同樣，為了能有足夠的時間讓人躲避頭頂前方的障礙物或者讓移動設(shè)備避開上空障礙物，也應(yīng)取:Τ> Δ tl+ Δ t2 ；
[0045]此時，相對應(yīng)的S = (H0-K1)/tan Y,為人體頭部或者設(shè)備頂部與上空障礙物之間的水平距離。同上討論，應(yīng)取0.4s〈T〈10s。
[0046]經(jīng)過多次試驗(yàn)，我們選取Y角度為0° -65°較為合適，視所設(shè)定的安全高度Htl值而定。以下是在不同安全高度Htl值、不同速度下、在走道上空距離裝置前方20m處布置障礙物(中心離地面Im的50cm*50cm的矩形廣告牌)的試驗(yàn)結(jié)果。
[0047]實(shí)驗(yàn)二的試驗(yàn)條件=Ii1 = lm，溫度t = 37.1°C，安全高度H。設(shè)置為2m。
[0048]表2:實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0049]
反應(yīng)預(yù)留時速度V T (S) \ (m/s)
\0.40,60.81.2
Q______________
528.6819,0514.099.52
1014.669.407.004.71
159.636.224.373.11
206.984.523.412.21
255.663.522,681.71
304.312.812, 171.43
353.522.361.711.17
402.981.951.410.98
452,521.661.250.81
502.171.411.050.70
551.651.170.880.52
601.430.960.710.49
651.170.800.550.39
700.980.660.410.36
750.660.430.310.22
800.430.290.220.17
850.210.170.110.07
900.000.000.000.00
[0050]注:“一”表示無結(jié)果。
[0051]表2的測試結(jié)果顯示，在安全高度H0值為Im時，Y角度在25° -65°這個范圍比較合理，符合上面①的要求。
[0052]實(shí)驗(yàn)三的試驗(yàn)條件屯=lm，溫度t = 37.1°C，安全高度H。設(shè)置為1.2m。
[0053]表3:實(shí)驗(yàn)三的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0054] 反應(yīng)預(yù)留時速度 T (S) \ (m/s)
\0.40.60.81.2
55.743.812.821.90
102.931.881.400.94
151.931,240.870.62
201.400.900.680.44
251.130.700.540.34
300.860.560.430.29
350.700.470.340.23
400.600.390.280.20
450.500.330.250.16
500.430.280.210.14
550.330.230.180.10
600.290.190.140.10
650.230.160.110.08
700.200.130.080.07
750.130.090.060.04
800.090.060.040.03
850.040.030.020.01
900.000.000.000.00
[0055]注:“一”表示無結(jié)果。
[0056]表3的測試結(jié)果顯示，在安全高度Htl值為1.2m時，Y角度在0° -20°這個范圍比較合理，符合上面①的要求。
[0057]綜上所述，Y角度選取范圍在0° -65°均可以，視所設(shè)定的安全高度Htl值而定。
[0058]需要特別說明的是，本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案的創(chuàng)新點(diǎn)在于超聲波測距模塊之間的角度設(shè)置的選取范圍，而不涉及到主控單元對數(shù)據(jù)的處理過程，只是為了能夠?yàn)橹骺貑卧峁┮粋€比較理想的測試數(shù)據(jù)，即為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理作準(zhǔn)備。
[0059]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，包括順序相連的超聲波測距模塊組、超聲波測距模塊組收發(fā)控制電路、主控單元，以及與主控單元相連的供電裝置、蜂鳴器，其特征在于:所述的超聲波測距模塊組有三組，分別為位于中心位置的中心模塊組，位于中心模塊組兩側(cè)的左模塊組和右模塊組，三組模塊組處于同一高度，其中中心模塊組包括豎直向下設(shè)置的超聲波測距模塊一、斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三，左模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊四、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊五，右模塊組包括斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊組六、斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊七。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，其特征在于:所述的斜向下設(shè)置的超聲波測距模塊二、四、六與豎直方向的夾角范圍為25?65度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，其特征在于:所述的斜向上設(shè)置的超聲波測距模塊三、五、七與水平方向的夾角范圍為O?65度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，其特征在于:所述的左模塊組的探測平面與中心模塊組的探測平面的夾角范圍為30?60度，所述的右模塊組的探測平面與中心模塊組的探測平面的夾角范圍為30?60度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，其特征在于:所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，還包括與主控單元相連接LCD顯示屏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多個超聲波探測器的障礙物檢測報警裝置，其特征在于:所述的超聲波測距模塊帶有溫度補(bǔ)償裝置。
【文檔編號】G01S15/93GK203981879SQ201420361309
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】黃韜, 李曉杰, 王世偉, 吳育奮, 劉思佳 申請人:華南理工大學(xué)