CN107479057A - 测距传感器及其测距方法和自移动装置 - Google Patents

Abstract

一种测距传感器及其测距方法和自移动装置，测距传感器包括发射端(100)、接收端及控制中心，接收端采集发射端发出的光信号，并将采集结果传送给控制中心，接收端至少包括第一接收端(200)和第二接收端(300)，第一接收端与发射端之间的距离小于第二接收端与发射端之间的距离，测距传感器至少定义一个距离阈值，在测距传感器与待测表面的距离为距离阈值时，两个接收端接收的光信号能量相同，控制中心通过对比接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。本发明利用多个接收端接收到的能量对比来确定待测距离与距离阈值的关系，无论待测表面采用何种材质，都不会对测距传感器的测距过程造成影响。

Description

测距传感器及其测距方法和自移动装置

技术领域

本发明涉及一种测距传感器及其测距方法和自移动装置，属于测量仪器技术领域。

背景技术

自移动处理装置以其能够自由行走的优势得到了广泛的应用，由于作业环境的状况比较复杂，为了防止自移动处理装置在行走过程中因跌落而导致产品的损坏，现有的自移动处理装置均设有下视传感***。

传统的下视传感***的工作原理是设置一个红外发射管发射红外信号，一个红外接受管接收该红外信号的反射信号，通过判断其能量值的大小，控制机器进一步动作。然而，当机器所处平面的材质不同时，红外反射的能量也不同，所以在不同的材质平面上工作时，机器容易判断出错。

专利号为CN102265252A的专利中公开了一种调整红外接近传感器的感知阈值的方法和装置，该方法包括：通过红外接近传感器，获取当前光线强度环境下的反射红外线强度值(底噪)，将获取的反射红外线强度值和预存的反射红外线强度值进行比对得到第一差值，当所述第一差值大于预设的第一阈值时，则对感知阈值进行修正。该方法虽然能降低不同的材质平面对测量结果的影响，但是其测量过程复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，本发明提供一种测距传感器及其测距方法和自移动装置，将两个接收端接收光信号能量相同时的测距距离设为距离阈值，利用多个接收端接收到的能量对比来确定待测距离与所述距离阈值的关系，使得本发明中无论待测表面采用何种材质，都不会对测距传感器的测距过程造成影响，增大了测距传感器的适用范围并提高了测距准确性。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种测距传感器，包括发射端、接收端及控制中心，所述接收端采集所述发射端发出的光信号，并将采集结果传送给所述控制中心，所述接收端至少包括第一接收端和第二接收端，第一接收端与发射端之间的距离小于第二接收端与发射端之间的距离，所述测距传感器至少定义一个距离阈值，在所述测距传感器与待测表面的距离为所述距离阈值时，两个所述接收端接收的光信号能量相同，所述控制中心通过对比所述接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

优选的，所述发射端与所述测距传感器所在的工作平面的夹角α为70°至80°，所述接收端相互平行设置。

进一步地，所述接收端与发射端在同一平面上。

测距传感器设置两个接收端时，所述距离阈值为第一距离阈值，第一接收端和所述第二接收端接收到的光信号能量相同时，所述待测表面与测距传感器之间的距离等于第一距离阈值；所述第一接收端接收到的光信号能量小于所述第二接收端接收到的光信号能量时，所述待测表面与测距传感器之间的距离大于第一距离阈值；所述第一接收端接收到的光信号能量大于所述第二接收端接收到的光信号能量时，所述待测表面与测距传感器之间的距离小于第一距离阈值。

测距传感器设置三个接收端时，所述接收端还包括第三接收端，所述第一接收端、第二接收端、第三接收端与发射端之间的距离依次增大，所述控制中心根据所述接收端与所述发射端的相对位置关系定义多个距离阈值，所述控制中心通过对比所述接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

本发明还提供一种应用在如上所述的测距传感器的测距方法，所述方法包括：

步骤1：所述控制中心定义至少一个距离阈值，待测表面在所述距离阈值处时有两个接收端接收的光信号能量相同；

步骤2：所述控制中心控制发射端发出光信号；

步骤3：多个所述接收端分别采集发射端发出的光信号，并将采集结果传送给控制中心；

步骤4：所述控制中心通过对比多个接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

进一步地，所述接收端仅包括第一接收端和第二接收端，所述距离阈值为第一距离阈值，所述步骤4具体为：

当第一接收端接收的光信号能量大于第二接收端接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离小于第一距离阈值；

当第一接收端接收的光信号能量小于第二接收端接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离大于第一距离阈值；

当第一接收端接收的光信号能量等于第二接收端接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离等于第一距离阈值。

或者，所述接收端包括所述第一接收端、第二接收端和第三接收端，所述第一接收端、第二接收端、第三接收端与发射端之间的距离依次增大，所述距离阈值为第一距离阈值和第三距离阈值，所述测距传感器与待测表面的距离为第一距离阈值时，第一接收端和第二接收端接收的光信号能量相同，所述测距传感器与待测表面的距离为第三距离阈值时，第二接收端和第三接收端接收的光信号能量相同，所述步骤4具体为：

当第一接收端接收的光信号能量大于第二接收端接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离小于第一距离阈值；

当第三接收端接收的光信号能量大于第二接收端接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离大于第三距离阈值；

当第二接收端接收的光信号能量大于第一接收端和第三接收端接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离位于第一距离阈值与第三距离阈值之间。

本发明还提供一种自移动装置，包括主体和测距传感器，所述测距传感器设置在自移动装置的底部或者侧部，所述主体内设有控制模块，所述控制模块控制自移动装置的行走，所述测距传感器为如上所述的测距传感器。

所述自移动装置可在工作表面上行走，所述测距传感器设于所述自移动装置的底部，包括第一接收端和第二接收端，所述距离阈值为第一距离阈值，所述控制中心定义小于等于第一距离阈值的距离为安全距离，当所述测距传感器到所述工作表面的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置自由行走。

或者，所述测距传感器设于所述自移动装置的底部，所述接收端包括所述第一接收端、第二接收端和第三接收端，所述第一接收端、第二接收端、第三接收端与发射端之间的距离依次增大，所述距离阈值为第一距离阈值和第三距离阈值，所述测距传感器与工作表面的距离为第一距离阈值时，第一接收端和第二接收端接收的光信号能量相同，所述测距传感器与工作表面的距离为第三距离阈值时，第二接收端和第三接收端接收的光信号能量相同，所述控制中心定义位于第一距离阈值和第三距离阈值之间的距离为安全距离，当所述测距传感器到所述工作表面的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置自由行走。

综上所述，本发明提供一种测距传感器及其测距方法和自移动装置，将两个接收端接收光信号能量相同时的测距距离设为距离阈值，利用多个接收端接收到的能量对比来确定待测距离与所述距离阈值的关系，使得本发明中无论待测表面采用何种材质，都不会对测距传感器的测距过程造成影响，增大了测距传感器的适用范围并提高了测距准确性。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例一中测距传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例一中测距传感器的测量原理图；

图3为本发明实施例一中接收端随着待测表面的变远接收能量的变化趋势图；

图4为本发明实施例二中测距传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例二中测距传感器的测量原理图；

图6为本发明实施例二中接收端随着待测表面的变远接收能量的变化趋势图。

具体实施方式

本发明提供一种测距传感器，所述测距传感器可以设置在自移动装置的底部或者侧部，用于监测自移动装置在工作过程中是否遇到凹坑或者台阶或者障碍物等。所述测距传感器包括发射端100、接收端及控制中心，接收端分别采集发射端发出的光信号，并将采集结果传送给控制中心，所述控制中心将采集结果对比后，判断测距距离。多个接收端与发射端之间的距离各不相同，所述测距传感器至少定义一个距离阈值，待测表面在所述距离阈值处时有两个接收端接收的光信号能量相同，图2为本发明实施例一中测距传感器的测量原理图。如图2所示，根据光的反射原理，在入射光线及入射角固定时，反射光线在测距传感器所在R平面的落点将随着待测表面与R平面的距离变大而远离发射端偏移，而对于处于R平面上的接收端而言，该接收端的光信号接收强度距离所述落点的距离正相关，并且不难得到，使得接收端的光信号接收强度相等的所述落点只有一个，从而使得接收端的光信号接收强度相等的所述待测表面与R平面的距离只有一个，即距离大小等于所述距离阈值的距离。同时由于接收端处于同一工作环境中且用于检测同一反射光源，所以本领域技术人员能够得知发射端的发射强度、环境光线强度及界面反射率的大小不能影响距离阈值的大小。即在本发明中，在所述控制中心确定距离阈值后，所述控制中心通过对比接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

实施例一

图1为本发明实施例一中测距传感器的结构示意图。如图1所示，本实施例中设置了一个发射端100和两个接收端，所述接收端包括第一接收端200和第二接收端300，其中第一接收端200与发射端100之间的距离小于第二接收端300与发射端100之间的距离。优选的，本实施例中发射端100与所述测距传感器所在的工作平面的夹角α处于70°至80°之间，所述接收端相互平行设置，接收端与工作平面垂直设置(也可以倾斜设置)优选的，第一接收端200、第二接收端300与发射端100在同一平面上。

图2为本发明实施例一中测距传感器的测量原理图；图3为本发明实施例一中接收端随着待测表面的变远接收能量的变化趋势图。如图2结合图3所示，由于第一接收端200、第二接收端300与发射端100之间的距离不同，发射端100发出的光信号经待测表面反射后被第一接收端200、第二接收端300接收时所经路径不同，在待测表面距离工作平面较近时，反射光线距离第一接收端200距离较近，反射光线能量损失较小，因此，第一接收端200能接收到的光信号能量最大值要大于第二接收端300接收到的光信号能量最大值，如图3所示，图3中横坐标x代表待测表面与测距传感器之间的距离，纵坐标y代表接收端接收到的光信号能量的大小，即图3中的曲线代表了不同接收端随着测量距离的增加其接收到的能量大小变化图，其中E2为第一接收端200随着测量距离的增加接收到的能量大小变化图，E3为第二接收端300随着测量距离的增加接收到的能量大小变化图，E2的峰值大于E3的峰值。图2中R平面为测距传感器所在工作平面，发射端100光信号经待测表面反射后会产生镜面反射和漫反射，当接收端接收到经镜面反射后的光信号能量时，接收端接收到的能量值最大，因此，图3中曲线呈先变大后变小的趋势，图2中当待测表面与测距传感器之间的距离为A时，第一接收端200接收的能量最大，第一接收端200接收到经镜面反射后的光信号能量，当待测表面与测距传感器之间的距离为B时，第二接收端300接收的能量最大，第二接收端300接收到经镜面反射后的光信号能量。从图3中可以看出，曲线E2与E3有一交点G1，即当待测表面与测距传感器之间的距离为G1时，第一接收端200和第二接收端300接收到光信号能量相同，本实施例中将G1作为距离阈值，即第一距离阈值为G1。

结合图3所示，当第一接收端200接收的光信号能量大于第二接收端300接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离小于G1；当第一接收端200接收的光信号能量小于第二接收端300接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离大于G1；当第一接收端200接收的光信号能量等于第二接收端300接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离等于G1。

本领域的技术人员可以通过调整第一接收端200和第二接收端300的位置或者发射端的倾斜角度改变G1的大小，从而满足不同用户的使用需求，使得测距传感器能够测量出不同的距离。

进一步地，所述控制中心中可以定义一安全距离，以便测距传感器辅助自移动装置工作，具体的，所述测距传感器设于所述自移动装置的底部，当所述测距传感器到所述工作表面(即待测表面)的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置在安全距离内自由行走，自移动装置可以正常工作；当待测表面与测距传感器之间的距离在安全距离之外时，自移动装置需要转向或报警。在本实施例中，所述控制中心定义小于等于第一距离阈值G1的距离为安全距离。因此，当自移动装置采用该测距传感器作为下视传感器时，在遇到凹坑或台阶边缘时，测距传感器能够检测到凹坑或台阶边缘的存在，防止自移动装置跌落，从而保证自移动装置的正常工作。

由于本发明中利用两个接收端200、300接收到的能量对比来确定待测表面与测距传感器之间的距离，无论待测表面采用何种材质，都不会对测距传感器的测距过程造成影响，增大了测距传感器的适用范围并提高了测距准确性。

实施例二

图4为本发明实施例二中测距传感器的结构示意图；图5为本发明实施例二中测距传感器的测量原理图；图6为本发明实施例二中接收端随着待测表面的变远接收能量的变化趋势图。如图4至图6所示，本实施例与实施例一的区别在于测距传感器中多设置了一个接收端：第三接收端400，即本实施例中设置了一个发射端100，三个接收端：第一接收端200、第二接收端300和第三接收端400，其中第一接收端200、第二接收端300、第三接收端400与发射端100之间的距离依次增大。

由图5和图6可知，曲线E2与E3有一交点G1，即当待测表面与测距传感器之间的距离为G1时，第一接收端200和第二接收端300接收到光信号能量相同；曲线E2与E4有一交点G2，即当待测表面与测距传感器之间的距离为G2时，第一接收端200和第三接收端400接收到光信号能量相同；曲线E3与E4有一交点G3，即当待测表面与测距传感器之间的距离为G3时，第二接收端300和第三接收端400接收到光信号能量相同；本实施例中将G1、G2和G3作为测量阈值。与实施例一相似，控制中心可以通过对比第一、第二、第三接收端200、300、400接收的光信号能量大小，更精确地判断待测表面与测距传感器之间的距离的范围区间。具体的，图5中当待测表面与测距传感器之间的距离为A时，第一接收端200接收的能量最大，第一接收端200接收到经镜面反射后的光信号能量，当待测表面与测距传感器之间的距离为B时，第二接收端300接收的能量最大，第二接收端300接收到经镜面反射后的光信号能量，当待测表面与测距传感器之间的距离为C时，第三接收端400接收的能量最大，第三接收端400接收到经镜面反射后的光信号能量。图6中横坐标x代表待测表面与测距传感器之间的距离，纵坐标y代表接收端接收到的光信号能量的大小，即图6中的曲线代表了不同接收端随着测量距离的增加其接收到的能量大小变化图，其中E2为第一接收端200随着测量距离的增加接收到的能量大小变化图，E3为第二接收端300随着测量距离的增加接收到的能量大小变化图，E4为第三接收端400随着测量距离的增加接收到的能量大小变化图，E2、E3和E4的峰值越来越小。

当第一接收端200接收的光信号能量大于第二接收端300和第三接收端400接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离小于G1；当第二接收端300接收的光信号能量大于第一接收端200和第三接收端400接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离位于G1和G3之间；当第三接收端400接收的光信号能量大于第一接收端200和第二接收端300接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离大于G3。

当第一接收端200接收的光信号能量等于第二接收端300接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离等于G1；当第一接收端200接收的光信号能量等于第三接收端400接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离等于G2；当第二接收端300接收的光信号能量等于第三接收端400接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离等于G3。

进一步的，当第二接收端300接收的光信号能量大于第一接收端200和第三接收端400接收的光信号能量，并且第一接收端200接收的光信号能量大于第三接收端400接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离位于G1和G2之间；当第二接收端300接收的光信号能量大于第一接收端200和第三接收端400接收的光信号能量，并且第三接收端400接收的光信号能量大于第一接收端200接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离位于G2和G3之间。

需要注意的是，本发明并不限制接收端的数量，当设置了n个接收端时，存在(n×n-n)/2的距离阈值。本领域技术人员可以调整第一接收端200、第二接收端300和第三接收端400的位置改变G1、G2、G3的大小，从而满足不同用户的使用需求，进一步的，还可以通过设置更多的接收端，来细化测量范围，使得测量结果更加准确。

同样地，与实施例一相似，所述控制中心中可以结合多个距离阈值判定安全距离，以便测距传感器辅助自移动装置工作。与实施例一不同的是，本实施例使得安全距离的判定多样化、细致化，以增加该测距传感器的应用范围。具体例如，自移动装置在使用该测距传感器作为下视传感器时，通过多个距离阈值判定不仅可以识别低凹的坑洞，也可以识别凸起的凸包，或者进一步识别可以越过的凸起等，以使得该测距传感器应用方式的多样化。具体的，所述控制中心定义位于第一距离阈值G1和第三距离阈值G3之间的距离为安全距离。当所述测距传感器到工作表面的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置自由行走。

本发明还提供一种自移动装置，所述自移动装置可在工作表面上行走，包括主体和测距传感器，所述测距传感器设置在自移动装置的底部或者侧部，所述主体内设有控制模块，所述控制模块控制自移动装置的行走，所述测距传感器为上述的测距传感器。所述自移动装置利用测距传感器来检测自移动装置在工作过程中是否遇到凹坑或者台阶或者障碍物等，当所述测距传感器到所述工作表面的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置自由行走，当测距传感器与待测表面的距离超出安全距离时，自移动装置需要转向或报警。

综上所述，本发明提供一种测距传感器及其测距方法和自移动装置，将两个接收端接收光信号能量相同时的测距距离设为距离阈值，利用多个接收端接收到的能量对比来确定待测距离与所述距离阈值的关系，使得本发明中无论待测表面采用何种材质，都不会对测距传感器的测距过程造成影响，增大了测距传感器的适用范围并提高了测距准确性。

Claims (11)

1.一种测距传感器，包括发射端(100)、接收端及控制中心，所述接收端采集所述发射端发出的光信号，并将采集结果传送给所述控制中心，其特征在于，所述接收端至少包括第一接收端(200)和第二接收端(300)，第一接收端(200)与发射端(100)之间的距离小于第二接收端(300)与发射端(100)之间的距离，所述测距传感器至少定义一个距离阈值，在所述测距传感器与待测表面的距离为所述距离阈值时，两个所述接收端接收的光信号能量相同，所述控制中心通过对比所述接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

2.如权利要求1所述的测距传感器，其特征在于，所述发射端(100)与所述测距传感器所在的工作平面的夹角(α)为70°至80°，所述接收端相互平行设置。

3.如权利要求2所述的测距传感器，其特征在于，所述接收端与发射端(100)在同一平面上。

4.如权利要求1所述的测距传感器，其特征在于，所述距离阈值为第一距离阈值(G1)，第一接收端(200)和所述第二接收端(300)接收到的光信号能量相同时，所述待测表面与测距传感器之间的距离等于第一距离阈值(G1)；所述第一接收端(200)接收到的光信号能量小于所述第二接收端(300)接收到的光信号能量时，所述待测表面与测距传感器之间的距离大于第一距离阈值(G1)；所述第一接收端(200)接收到的光信号能量大于所述第二接收端(300)接收到的光信号能量时，所述待测表面与测距传感器之间的距离小于第一距离阈值(G1)。

5.如权利要求1所述的测距传感器，其特征在于，所述接收端还包括第三接收端(400)，所述第一接收端(200)、第二接收端(300)、第三接收端(400)与发射端(100)之间的距离依次增大，所述控制中心根据所述接收端与所述发射端的相对位置关系定义多个距离阈值，所述控制中心通过对比所述接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

6.一种应用在如权利要求1所述的测距传感器的测距方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：所述控制中心定义至少一个距离阈值，待测表面在所述距离阈值处时有两个接收端接收的光信号能量相同；

步骤2：所述控制中心控制发射端(100)发出光信号；

步骤3：多个所述接收端分别采集发射端(100)发出的光信号，并将采集结果传送给控制中心；

步骤4：所述控制中心通过对比多个接收端接收到的光信号能量的大小来确定待测距离与所述距离阈值的关系，以确定待测距离的大小范围。

7.如权利要求6所述的测距传感器的测距方法，其特征在于，所述接收端包括第一接收端(200)和第二接收端(300)，所述距离阈值为第一距离阈值(G1)，所述步骤4具体为：

当第一接收端(200)接收的光信号能量大于第二接收端(300)接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离小于第一距离阈值(G1)；

当第一接收端(200)接收的光信号能量小于第二接收端(300)接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离大于第一距离阈值(G1)；

当第一接收端(200)接收的光信号能量等于第二接收端(300)接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离等于第一距离阈值(G1)。

8.如权利要求6所述的测距传感器的测距方法，其特征在于，所述接收端包括所述第一接收端(200)、第二接收端(300)和第三接收端(400)，所述第一接收端(200)、第二接收端(300)、第三接收端(400)与发射端(100)之间的距离依次增大，所述距离阈值为第一距离阈值(G1)和第三距离阈值(G3)，所述测距传感器与待测表面的距离为第一距离阈值(G1)时，第一接收端(200)和第二接收端(300)接收的光信号能量相同，所述测距传感器与待测表面的距离为第三距离阈值(G3)时，第二接收端(300)和第三接收端(400)接收的光信号能量相同，所述步骤4具体为：

当第一接收端(200)接收的光信号能量大于第二接收端(300)接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离小于第一距离阈值(G1)；

当第三接收端(400)接收的光信号能量大于第二接收端(300)接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离大于第三距离阈值(G3)；

当第二接收端(300)接收的光信号能量大于第一接收端(200)和第三接收端(400)接收的光信号能量时，控制中心判断测量距离位于第一距离阈值(G1)与第三距离阈值(G3)之间。

9.一种自移动装置，包括主体和测距传感器，所述测距传感器设置在自移动装置的底部或者侧部，所述主体内设有控制模块，所述控制模块控制自移动装置的行走，其特征在于，所述测距传感器为如权利要求1-3中任一项所述的测距传感器。

10.如权利要求9所述的自移动装置，所述自移动装置可在工作表面上行走，其特征在于，所述测距传感器设于所述自移动装置的底部，包括第一接收端(200)和第二接收端(300)，所述距离阈值为第一距离阈值(G1)，所述控制中心定义小于等于第一距离阈值(G1)的距离为安全距离，当所述测距传感器到所述工作表面的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置自由行走。

11.如权利要求9所述的自移动装置所述自移动装置可在工作表面上行走，其特征在于，所述测距传感器设于所述自移动装置的底部，所述接收端包括所述第一接收端(200)、第二接收端(300)和第三接收端(400)，所述第一接收端(200)、第二接收端(300)、第三接收端(400)与发射端(100)之间的距离依次增大，所述距离阈值为第一距离阈值(G1)和第三距离阈值(G3)，所述测距传感器与工作表面的距离为第一距离阈值(G1)时，第一接收端(200)和第二接收端(300)接收的光信号能量相同，所述测距传感器与工作表面的距离为第三距离阈值(G3)时，第二接收端(300)和第三接收端(400)接收的光信号能量相同，所述控制中心定义位于第一距离阈值(G1)和第三距离阈值(G3)之间的距离为安全距离，当所述测距传感器到所述工作表面的距离在安全距离内时，所述控制模块控制自移动装置自由行走。