CN115183734A - 一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，包括黑色挡板、发射源、接收芯片、透镜，透镜的数量与所述发射源、接收芯片的数量对应；发射源的数量设置为两个，接收芯片的数量设置为一个；两发射源与所述接收芯片的信号强度最大值远近不同；两发射源的光线分别经过透镜的折射形成两发射照亮区；接收芯片与所述透镜的组合构成接收器；接收器接收的区域即为接收器可视区；两发射源设置为不同时工作；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；A信号表示一发射源工作时接收器所接收到的信号；B信号表示另一发射源工作时接收器所接收到的信号；可消除被测物体反射性能影响，并且使测试距离精度更高。

Description

一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器

技术领域

本发明涉及探测器技术领域，具体涉及一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器。

背景技术

几十年来，机器人和视觉研究开发了许多障碍检测和回避技术，这些技术采用各种类型的距离传感器(例如激光雷达、雷达、红外、声纳)和摄像头。这些技术考虑了广泛的目标对象来检测和估计它们的相关距离。在室内环境中的移动机器人(如扫地机器人)，也一样需要感知室内环境，他们使用各种类型的传感器来检测和测量周围的世界以及他们自己在其中的进展，包括悬崖传感器(cliff sensor)、碰撞传感器(bump sensor)、墙壁传感器和光学编码器。其中的悬崖探测器是必须的传感器。相关机器人都会装，是用来感应台阶的高度，每个传感器由一个红外发射管(IR LED)和红外接收管(IR PD)组成。悬崖传感器通常通过从地板上反射红外线来测量机器人底座和地板之间的距离。如果到地板的距离突然增加，这意味着机器人正在接近楼梯边缘或类似的东西，因此它会后退以避免跌倒(因此得名“悬崖传感器”)。

当前悬崖探测器的主要采用三角测距原理，测试远近时根据接收到的能量信号的强弱来判别。如中国专利公告号为CN114296088A，发明名称为一种近距离探测器，其公开如如下内容：包括黑色挡板、发射源、接收芯片、第一透镜、第二透镜；所述发射源发射的光线经过所述第一透镜的折射，在所述第一透镜上侧形成发射照亮区；所述发射照亮区与所述接收可视区具有交集，并形成近端交集区、最大交集区、远端交集区。本发明的近距离探测器，在发射源、接收芯片上侧分别增加了第一透镜、第二透镜，第一透镜上侧形成发射照亮区，第二透镜上侧形成接收可视区，并设计了第一透镜、第二透镜特定的结构以及各面的参数，使得发射照亮区与接收可视区在不同的障碍物距离下，平均相交的有效可视区域较大，提升了能量利用率，从而提高信号强度。但是这种方式受被测物的反射率、表面反射光特性影响，比如被测物可能为暗色调的地板时，相对亮色调地砖，前者反射能量信号低，后者反射能量信号高，那么会导致前者测试距离高估，后者测试距离低估，测试结果易受物体反射率影响误判。鉴于上述现有技术存在的问题，现需要发明一种低成本的不易受被测物体反射性能影响的更加准确的测距方式。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，消除被测物体反射性能影响，测试距离精度更高。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来解决：

一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，包括黑色挡板、发射源、接收芯片、透镜，所述透镜的数量与所述发射源、接收芯片的数量对应；所述发射源的数量设置为两个，所述接收芯片的数量设置为一个；两所述发射源与所述接收芯片的信号强度最大值远近不同；两发射源的光线分别经过透镜的折射形成两发射照亮区；所述接收芯片与所述透镜的组合构成接收器；接收器接收的区域即为接收器可视区；两所述发射源设置为不同时工作；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；A信号表示一发射源工作时接收器所接收到的信号；B信号表示另一发射源工作时接收器所接收到的信号；对于远障碍物，一发射照亮区与接收器可视区重叠面积大时，A信号强；另一发射照亮区与接收器可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；对于近障碍物，一发射照亮区与接收器可视区重叠面积小时，A信号弱；另一发射照亮区与另一接收器可视区重叠面积大时，B信号强。

作为优选方案，两所述发射源分别设置为发射源A、发射源B；所述接收器并列设置在所述发射源A和所述发射源B之间，所述发射源A和所述接收器以及所述接收器和所述发射源B之间分别通过黑色挡板进行阻隔；所述发射源A的光线经过透镜的折射形成发射照亮区A；所述发射源A工作时接收器所接收到的信号为A信号；所述发射源B的光线经过透镜的折射形成发射照亮区B；所述发射源B工作时接收器所接收到的信号为B信号；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；对于远障碍物，发射照亮区A与接收器可视区重叠面积大时，A信号强；发射照亮区B与接收器可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；对于近障碍物，发射照亮区A与接收器可视区重叠面积小时，A信号弱；发射照亮区B与接收器可视区重叠面积大时，B信号强。

作为优选方案，两所述发射源分别设置为发射源C、发射源D；所述发射源C和发射源D同侧相贴设置并且共用一透镜；所述接收器设置在所述发射源C远离所述发射源D的一侧，并且所述接收器和所述发射源C之间通过黑色挡板进行阻隔；所述发射源C的光线经过透镜的折射形成发射照亮区A；所述发射源C工作时接收器所接收到的信号为A信号；所述发射源D的光线经过透镜的折射形成发射照亮区B；所述发射源D工作时接收器所接收到的信号为B信号；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；对于远障碍物，发射照亮区A与接收器可视区重叠面积大时，A信号强；发射照亮区B与接收器可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；对于近障碍物，发射照亮区A与接收器可视区重叠面积小时，A信号弱；发射照亮区B与接收器可视区重叠面积大时，B信号强。

作为优选方案，所述接收芯片设置为时分复用接收芯片。

一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，包括黑色挡板、发射源、接收芯片、透镜，所述透镜的数量与所述发射源、接收芯片的数量对应；所述发射源和所述接收芯片的数量相同；所述发射源的光线分别经过所述透镜的折射形成发射照亮区；所述接收芯片与所述透镜的组合构成接收器；接收器接收的区域即为接收器可视区；所述发射源与所述透镜的组合构成发射器；一所述接收器和一所述发射器并列设置并且通过一黑色挡板进行阻隔组成一探测器本体；所述探测器本体的数量设置为N，N≥2；各所述探测器本体设置为不同时工作；各所述探测器本体的最大信号位置不同；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；A信号表示一探测器本体工作时信号峰值为远距离的；B信号表示另一探测器本体工作时信号峰值为近距离的。

作为优选方案，所所述探测器本体的数量设置为2个。

作为优选方案，两所述探测器本体设置为探测器本体A和探测器本体B；所述探测器本体A包括发射源E、接收芯片B；所述探测器本体B包括发射源F、接收芯片C；当所述发射源E工作时，设置所述接收芯片B和所述接收芯片C均能接收所述发射源E发出的信号从而形成两组信号；当所述发射源F工作时，设置所述接收芯片B和所述接收芯片C均能接收所述发射源F发出的信号从而形成两组信号。

本发明的有益效果是：

1、通过定义距离指标d＝A信号/B信号，其比值随着探测距离递增，即与探测面的反射率无关，不同反射率，绝对值不同，但比值一样，因此，d数值越大，距离越远，两个信号都特别弱的话，说明探测距离远，通过这样的方式，可消除被测物体反射性能影响，结合信号比值和单信号强度，就可以比较准确地知道探测距离；

2、两发射源分别设置为发射源C、发射源D；发射源C和发射源D同侧相贴设置并且共用一透镜，共用发射透镜，可以缩小探测器体积；

3、探测器本体的数量设置为N，N≥2；各探测器本体设置为不同时工作；各探测器本体的最大信号位置不同；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；A信号表示一探测器本体工作时信号峰值为远距离的；B信号表示另一探测器本体工作时信号峰值为近距离的，使测试距离精度更高；

4、可产生4组信号，这样合理设计利用两组探测器的信号，由于信号空间的采样密度更高，可以得到更高精度而不易受物体反射特性影响的探测器。

附图说明

图1为实施例1结构示意图(远障碍物)。

图2为实施例1结构示意图(近障碍物)。

图3为实施例1不同探测距离的信号强度图(根据接收器A的信号A和接收器B的信号B，其比值随着探测距离而递增)。

图4为实施例2的结构示意图。

图5为实施例3的结构示意图。

附图标记为：接收芯片10、发射源A11、发射源B12、远障碍物13、发射照亮区B14、接收器可视区15、透镜17、发射照亮区A16、接收器18、黑色挡板19、近障碍物20、发射源C22、发射源D23、发射源E25、接收芯片B24、探测器本体B29、发射源F27、接收芯片C26、探测器本体A28、A信号21、B信号30、距离指标31。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，包括黑色挡板19、发射源、接收芯片、透镜17，透镜17的数量与发射源、接收芯片10的数量对应；发射源的数量设置为两个，接收芯片的数量设置为一个；两发射源与接收芯片10的信号强度最大值远近不同；接收芯片设置为时分复用接收芯片。两发射源的光线分别经过透镜17的折射形成两发射照亮区；接收芯片10与透镜17的组合构成接收器18；接收器接收的区域即为接收器可视区15；两发射源设置为不同时工作；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；A信号表示一发射源工作时接收器所接收到的信号；B信号表示另一发射源工作时接收器所接收到的信号。

对于远障碍物，一发射照亮区与接收器可视区15重叠面积大时，A信号强；另一发射照亮区与接收器可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；

对于近障碍物，一发射照亮区与接收器可视区15重叠面积小时，A信号弱；另一发射照亮区与另一接收器可视区重叠面积大时，B信号强。

实施例1

请参照图1至图3。

两发射源分别设置为发射源A11、发射源B12；接收器18并列设置在发射源A11和发射源B12之间，发射源A11和接收器18以及接收器18和发射源B12之间分别通过黑色挡板19进行阻隔。接收芯片设置为时分复用接收芯片。

发射源A11的光线经过透镜17的折射形成发射照亮区A16；发射源A11工作时接收器18所接收到的信号为A信号21。

发射源B12的光线经过透镜17的折射形成发射照亮区B14；发射源B12工作时接收器18所接收到的信号为B信号30。

定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标31。

对于远障碍物13，发射照亮区A16与接收器18可视区重叠面积大时，A信号强；发射照亮区B14与接收器18可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱。

对于近障碍物20，发射照亮区A16与接收器18可视区重叠面积小时，A信号弱；发射照亮区B14与接收器18可视区重叠面积大时，B信号强。

本实施方式，通过定义距离指标d＝A信号/B信号，其比值随着探测距离递增，即与探测面的反射率无关，不同反射率，绝对值不同，但比值一样，因此，d数值越大，距离越远，两个信号都特别弱的话，说明探测距离远，通过这样的方式，可消除被测物体反射性能影响，结合信号比值和单信号强度，就可以比较准确地知道探测距离。

实施例2

请参照图4。

两发射源分别设置为发射源C22、发射源D23；发射源C22和发射源D23同侧相贴设置并且共用一透镜17；接收器18设置在发射源C22远离发射源D23的一侧，并且接收器18和发射源C22之间通过黑色挡板19进行阻隔。接收芯片设置为时分复用接收芯片。发射透镜对于处于不同位置的透镜，出射的角度不一样，从而两发射芯片异步时序工作时，接收芯片会接收到两组信号。

发射源C22的光线经过透镜17的折射形成发射照亮区A16；发射源C22工作时接收器18所接收到的信号为A信号。

发射源D23的光线经过透镜17的折射形成发射照亮区B14；发射源D23工作时接收器18所接收到的信号为B信号。

定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；

对于远障碍物13，发射照亮区A16与接收器18可视区重叠面积大时，A信号强；发射照亮区B14与接收器18可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；

对于近障碍物20，发射照亮区A16与接收器18可视区重叠面积小时，A信号弱；发射照亮区B14与接收器18可视区重叠面积大时，B信号强。以上我们可以看出A信号、B信号强弱对比关系与障碍物材料的反射率无关，其各自的强度绝对值才与障碍物的反射率相关。本实施方式，共用发射透镜，可以缩小探测器体积。

实施例3

请参照图5。

一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，包括黑色挡板19、发射源、接收芯片、透镜17，透镜17的数量与发射源、接收芯片的数量对应；发射源和接收芯片的数量相同；发射源的光线分别经过透镜17的折射形成发射照亮区；接收芯片与透镜17的组合构成接收器；接收器接收的区域即为接收器可视区。

发射源与透镜17的组合构成发射器；一接收器和一发射器并列设置并且通过一黑色挡板19进行阻隔组成一探测器本体；探测器本体的数量设置为N，N≥2；各探测器本体设置为不同时工作；各探测器本体的最大信号位置不同；定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；A信号表示一探测器本体工作时信号峰值为远距离的；B信号表示另一探测器本体工作时信号峰值为近距离的。本实施方式中，探测器本体的数量设置为2个。

两探测器本体设置为探测器本体A28和探测器本体B29；探测器本体A28包括发射源E25、接收芯片B24；探测器本体B29包括发射源F27、接收芯片C26；

当发射源E25工作时，设置接收芯片B24和接收芯片C26均能接收发射源E25发出的信号从而形成两组信号，即信号EB和EC。

当发射源F27工作时，设置接收芯片B24和接收芯片C26均能接收发射源F27发出的信号从而形成两组信号，即信号FB和FC。

通过这样的方式，可产生4组信号，即EB、EC、FB、FC，这样合理设计利用两组探测器的信号，由于信号空间的采样密度更高，可以得到更高精度而不易受物体反射特性影响的探测器。

以上实施例仅表达了本发明的三种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，包括黑色挡板(19)、发射源、接收芯片、透镜(17)，所述透镜(17)的数量与所述发射源、接收芯片(10)的数量对应；所述发射源的数量设置为两个，所述接收芯片的数量设置为一个；两所述发射源与所述接收芯片(10)的信号强度最大值远近不同；两发射源的光线分别经过透镜(17)的折射形成两发射照亮区；所述接收芯片(10)与所述透镜(17)的组合构成接收器(18)；接收器接收的区域即为接收器可视区(15)；两所述发射源设置为不同时工作；

定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；

其中d表示距离指标；A信号表示一发射源工作时接收器所接收到的信号；B信号表示另一发射源工作时接收器所接收到的信号；

对于远障碍物，一发射照亮区与接收器可视区(15)重叠面积大时，A信号强；另一发射照亮区与接收器可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；

对于近障碍物，一发射照亮区与接收器可视区(15)重叠面积小时，A信号弱；另一发射照亮区与另一接收器可视区重叠面积大时，B信号强。

2.根据权利要求1所述的一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，

两所述发射源分别设置为发射源A(11)、发射源B(12)；所述接收器(18)并列设置在所述发射源A(11)和所述发射源B(12)之间，所述发射源A(11)和所述接收器(18)以及所述接收器(18)和所述发射源B(12)之间分别通过黑色挡板(19)进行阻隔；

所述发射源A(11)的光线经过透镜(17)的折射形成发射照亮区A(16)；所述发射源A(11)工作时接收器(18)所接收到的信号为A信号；

所述发射源B(12)的光线经过透镜(17)的折射形成发射照亮区B(14)；所述发射源B(12)工作时接收器(18)所接收到的信号为B信号；

定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；

对于远障碍物(13)，发射照亮区A(16)与接收器(18)可视区重叠面积大时，A信号强；发射照亮区B(14)与接收器(18)可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；

对于近障碍物(20)，发射照亮区A(16)与接收器(18)可视区重叠面积小时，A信号弱；发射照亮区B(14)与接收器(18)可视区重叠面积大时，B信号强。

3.根据权利要求1所述的一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，

两所述发射源分别设置为发射源C(22)、发射源D(23)；所述发射源C(22)和发射源D(23)同侧相贴设置并且共用一透镜(17)；所述接收器(18)设置在所述发射源C(22)远离所述发射源D(23)的一侧，并且所述接收器(18)和所述发射源C(22)之间通过黑色挡板(19)进行阻隔；

所述发射源C(22)的光线经过透镜(17)的折射形成发射照亮区A(16)；所述发射源C(22)工作时接收器(18)所接收到的信号为A信号；

所述发射源D(23)的光线经过透镜(17)的折射形成发射照亮区B(14)；所述发射源D(23)工作时接收器(18)所接收到的信号为B信号；

定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；其中d表示距离指标；

对于远障碍物(13)，发射照亮区A(16)与接收器(18)可视区重叠面积大时，A信号强；发射照亮区B(14)与接收器(18)可视区重叠面积小或者无交集时，B信号弱；

对于近障碍物(20)，发射照亮区A(16)与接收器(18)可视区重叠面积小时，A信号弱；发射照亮区B(14)与接收器(18)可视区重叠面积大时，B信号强。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，所述接收芯片设置为时分复用接收芯片。

5.一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，包括黑色挡板(19)、发射源、接收芯片、透镜(17)，所述透镜(17)的数量与所述发射源、接收芯片的数量对应；所述发射源和所述接收芯片的数量相同；

所述发射源的光线分别经过所述透镜(17)的折射形成发射照亮区；所述接收芯片与所述透镜(17)的组合构成接收器；接收器接收的区域即为接收器可视区；

所述发射源与所述透镜(17)的组合构成发射器；一所述接收器和一所述发射器并列设置并且通过一黑色挡板(19)进行阻隔组成一探测器本体；所述探测器本体的数量设置为N，N≥2；各所述探测器本体设置为不同时工作；各所述探测器本体的最大信号位置不同；

定义距离指标：d＝A信号/B信号，d数值越大，距离越远；

其中d表示距离指标；A信号表示一探测器本体工作时信号峰值为远距离的；B信号表示另一探测器本体工作时信号峰值为近距离的。

6.根据权利要求5所述的一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，所述探测器本体的数量设置为2个。

7.根据权利要求6所述的一种不易受被测物体反射性能影响的近距离探测器，其特征在于，两所述探测器本体设置为探测器本体A(28)和探测器本体B(29)；所述探测器本体A(28)包括发射源E(25)、接收芯片B(24)；所述探测器本体B(29)包括发射源F(27)、接收芯片C(26)；

当所述发射源E(25)工作时，设置所述接收芯片B(24)和所述接收芯片C(26)均能接收所述发射源E(25)发出的信号从而形成两组信号；

当所述发射源F(27)工作时，设置所述接收芯片B(24)和所述接收芯片C(26)均能接收所述发射源F(27)发出的信号从而形成两组信号。

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