本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置及超聲數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

機(jī)器人的導(dǎo)航與避障是機(jī)器人研發(fā)過程中所涉及的主要技術(shù)之一，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航與避障的自主控制，一方面要求獲取充分的環(huán)境信息，另一方面要求能將所獲得的環(huán)境信息轉(zhuǎn)化成對(duì)機(jī)器人的控制信息，以便在沒有人為干預(yù)的情況下使機(jī)器人在行進(jìn)中安全有效的完成特定任務(wù)。避障功能可以避免造成機(jī)器人本體的損壞以及重要設(shè)備的損壞，使機(jī)器人無(wú)論在什么環(huán)境下都能夠正常工作，在具體實(shí)現(xiàn)中，機(jī)器人通過預(yù)置算法獲取外部環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)自我定位，判定自身狀態(tài)，并依據(jù)任務(wù)規(guī)劃執(zhí)行下一步的動(dòng)作。

在智能機(jī)器人的避障系統(tǒng)中，傳感器起著舉足輕重的作用。探針式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、力學(xué)傳感器、雷達(dá)傳感器、光電傳感器、聲學(xué)傳感器等都在實(shí)際系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，綜合各方面因素，在機(jī)器人避障技術(shù)中采用的比較多的是超聲傳感器，相對(duì)于其他傳感器來(lái)說，超聲傳感器實(shí)現(xiàn)方便，技術(shù)成熟，成本低廉，且對(duì)于黑暗環(huán)境，超聲波傳感器對(duì)物體的探測(cè)幾乎不受影響。

在機(jī)器人避障功能的實(shí)際應(yīng)用中，往往是多個(gè)超聲傳感器組合使用，以達(dá)到全方位檢測(cè)避障的效果，但多個(gè)超聲傳感器組合使用，也會(huì)導(dǎo)致線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不便等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置及超聲數(shù)據(jù)處理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中多個(gè)超聲傳感器帶來(lái)的線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝不便的問題。

第一方面，提供了一種用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置，所述超聲陣列裝置安置于機(jī)器人本體上，包括：

環(huán)形支架本體；

等間距安置于所述環(huán)形支架本體側(cè)面的N個(gè)超聲傳感器；以及

所述環(huán)形支架本體的底座和蓋體。

可選地，所述蓋體上設(shè)置有開口，用于作為所述超聲陣列裝置的數(shù)據(jù)線及電源線的出口。

可選地，所述底座上固定有所述超聲陣列裝置的供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理模塊。

可選地，所述N等于8。

第二方面，提供了一種用于機(jī)器人的超聲數(shù)據(jù)處理方法，機(jī)器人本體上安置有超聲陣列裝置，所述超聲陣列裝置包括環(huán)形支架本體，等間距安置于所述環(huán)形支架本體側(cè)面的N個(gè)超聲傳感器，以及所述環(huán)形支架本體的底座和蓋體；

所述用于機(jī)器人的超聲避障方法包括：

按照預(yù)設(shè)順序循環(huán)控制N個(gè)超聲傳感器依次發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)；

在超聲傳感器開始發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)時(shí)，定時(shí)器清零并開始計(jì)時(shí)；

當(dāng)所述定時(shí)器停止計(jì)時(shí)時(shí)，控制該超聲傳感器停止工作，輸出障礙物檢測(cè)信息，并令所述預(yù)設(shè)順序中的下一超聲傳感器發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)。

可選地，將與所述機(jī)器人距離L的物體認(rèn)定為障礙物，則所述方法還包括：

當(dāng)所述定時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了L/170S時(shí)，所述定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

可選地，所述輸出障礙物檢測(cè)信息包括：

輸出用于表示該超聲傳感器沒有檢測(cè)到障礙物的信息。

可選地，所述方法還包括：

若檢測(cè)到該超聲傳感器發(fā)送的超聲探測(cè)信號(hào)返回，所述定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

可選地，所述輸出障礙物檢測(cè)信息包括：

讀取所述定時(shí)器當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)；

根據(jù)所述計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算所述機(jī)器人與障礙物的距離；

輸出用于表示該超聲傳感器檢測(cè)到的障礙物距離的信息。

可選地，所述N等于8。

本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置集成了多個(gè)超聲傳感器，可以實(shí)現(xiàn)全方向、大范圍的機(jī)器人避障檢測(cè)，且相比于現(xiàn)有技術(shù)，該裝置具有線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，更加適用于機(jī)器人避障技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)器人的超聲數(shù)據(jù)處理方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的用于機(jī)器人的超聲數(shù)據(jù)處理方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。

具體實(shí)施方式

以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)之類的具體細(xì)節(jié)，以便透徹理解本發(fā)明實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其它情況中，省略對(duì)眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電路以及方法的詳細(xì)說明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本發(fā)明的描述。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置的結(jié)構(gòu)圖，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。

該超聲陣列裝置安置于機(jī)器人本體上，如圖1所示，包括：

環(huán)形支架本體11，該環(huán)形支架本體11由硬質(zhì)材料制成，在環(huán)形支架本體11的側(cè)面等間距地安置了N個(gè)超聲傳感器12，優(yōu)選地，N等于8，以確保可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)方向上的超聲避障檢測(cè)。

此外，該超聲陣列裝置還包括環(huán)形支架本體11的底座13和蓋體14，底座13置于環(huán)形支架本體11的下方，該底座11上固定有超聲陣列裝置的供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理模塊，蓋體14設(shè)置于環(huán)形支架本體11的上方，進(jìn)一步地，在蓋體14上設(shè)置有開口15，用于作為超聲陣列裝置的數(shù)據(jù)線及電源線(或充電線)的出口。

在工作過程中，供電系統(tǒng)分別給數(shù)據(jù)處理模塊和超聲傳感器供電，超聲傳感器采集到的超聲數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖1所示的超聲陣列裝置將多個(gè)超聲傳感器集成在了一個(gè)裝置中，相比單個(gè)或是少數(shù)幾個(gè)超聲傳感器，該超聲陣列裝置的探測(cè)范圍大，且線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)便捷。

基于圖1所示的超聲陣列裝置的結(jié)構(gòu)，圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)器人的超聲數(shù)據(jù)處理方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下：

S201，按照預(yù)設(shè)順序循環(huán)控制N個(gè)超聲傳感器依次發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，可以按照N個(gè)超聲傳感器在環(huán)形支架本體上的排列順序，按順時(shí)針或者逆時(shí)針方向(或者也可以為其他預(yù)選指定的順序)循環(huán)控制這N個(gè)超聲傳感器依次發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)。

S202，在超聲傳感器開始發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)時(shí)，定時(shí)器清零并開始計(jì)時(shí)。

S203，當(dāng)所述定時(shí)器停止計(jì)時(shí)時(shí)，控制該超聲傳感器停止工作，輸出障礙物檢測(cè)信息，并令所述預(yù)設(shè)順序中的下一超聲傳感器發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)

為了保證每個(gè)超聲傳感器每次進(jìn)行超聲探測(cè)的工作時(shí)間分配的合理性，在本發(fā)明實(shí)施例中，每當(dāng)有超聲傳感器開始發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)時(shí)，定時(shí)器清零并開始計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器停止計(jì)時(shí)時(shí)，控制該超聲傳感器停止工作，輸出障礙物檢測(cè)信息，并按照預(yù)設(shè)順序，令下一個(gè)超聲傳感器發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，定時(shí)器在開始計(jì)時(shí)之后再停止計(jì)時(shí)的情況包括以下兩種：

情況一：

當(dāng)所述定時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了L/170S時(shí)，所述定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

由于聲波在空氣中傳播速度v為340米/秒，令超聲探測(cè)信號(hào)從發(fā)射到遇到障礙物返回的時(shí)間為t秒，則可以計(jì)算出超聲陣列裝置與障礙的距離S：

S＝v*t/2＝340*t/2＝170t米。

因此，在機(jī)器人的避障策略中，若將與機(jī)器人的距離在L以內(nèi)的物體視為障礙物，而與機(jī)器人的距離大于L的物體不視為障礙物，那么，若超聲探測(cè)信號(hào)從發(fā)射到遇到障礙物返回的時(shí)間大于L/170秒，則認(rèn)為目前尚未檢測(cè)到障礙物，因此，當(dāng)定時(shí)器的計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了L/170秒時(shí)，令定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，此時(shí)當(dāng)前在進(jìn)行超聲探測(cè)的超聲傳感器也一并停止工作，輸出用于表示該超聲傳感器沒有檢測(cè)到障礙物的信息。

情況二：

若檢測(cè)到該超聲傳感器發(fā)送的超聲探測(cè)信號(hào)返回，所述定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

若在當(dāng)前超聲傳感器的信號(hào)方向上，與機(jī)器人的距離不足L的位置上存在障礙物，那么該超聲傳感器會(huì)在L/170秒內(nèi)檢測(cè)到返回的超聲探測(cè)信號(hào)，此時(shí)，也令定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，從而使得當(dāng)前在進(jìn)行超聲探測(cè)的超聲傳感器也一并停止工作，輸出用于表示該超聲傳感器沒有檢測(cè)到障礙物的信息。

在情況二中，由于檢測(cè)到了障礙物，因此，對(duì)障礙物檢測(cè)信息的輸出可以如圖3所示：

S301，讀取所述定時(shí)器當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)。

S302，根據(jù)所述計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)計(jì)算所述機(jī)器人與障礙物的距離。

S303，輸出用于表示該超聲傳感器檢測(cè)到的障礙物距離的信息。

在圖3對(duì)應(yīng)實(shí)施例中，根據(jù)S＝v*t/2，可以計(jì)算出機(jī)器人此時(shí)與障礙物的距離為170t，其中，t為定時(shí)器當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)長(zhǎng)，從而可以輸出用于表示該超聲傳感器檢測(cè)到的障礙物距離的信息。

此外，在本發(fā)明實(shí)施例中，還可以對(duì)每個(gè)超聲傳感器的工作時(shí)間及N個(gè)超聲傳感器的總工作時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。以N等于8為例，每個(gè)超聲傳感器在發(fā)送超聲探測(cè)信號(hào)時(shí)，需要先預(yù)置20us高電平，每輪又有8個(gè)超聲波傳感器依次工作。因此，每一輪8個(gè)超聲波探測(cè)信號(hào)發(fā)送時(shí)間：t₁＝20us*8＝160us，而令每一輪8個(gè)超聲傳感器進(jìn)行超聲探測(cè)，即發(fā)射超聲信號(hào)的總時(shí)間設(shè)為t₂，則每一輪8個(gè)超聲波傳感器測(cè)距所需的總時(shí)間T＝t₁+t₂。

本發(fā)明實(shí)施例提供的用于機(jī)器人避障的超聲陣列裝置集成了多個(gè)超聲傳感器，可以實(shí)現(xiàn)全方向、大范圍的機(jī)器人避障檢測(cè)，且相比于現(xiàn)有技術(shù)，該裝置具有線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，更加適用于機(jī)器人避障技術(shù)領(lǐng)域。

應(yīng)理解，上述實(shí)施例中各步驟的序號(hào)的大小并不意味著執(zhí)行順序的先后，各過程的執(zhí)行順序應(yīng)以其功能和內(nèi)在邏輯確定，而不應(yīng)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施過程構(gòu)成任何限定。

以上所述實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。