CN205049737U - 一种复合障碍物扫描仪 - Google Patents

Abstract

一种复合障碍物扫描仪，包括同步旋转***和控制处理***；其中：同步旋转***包括复合传感器座、伺服电机、支架、旋转编码器和旋转搭载头；控制处理***包括伺服电机驱动模块、障碍物扫描主控模块和总线。本实用新型一方面能够识别障碍物及其大小；机器人通过本实用新型能够更好地选择使用障碍物处理机制，如可根据障碍物大小选择是停止等待还是绕行，又或针对障碍物大小的不同，做出相应的处置；另一方面，能判定障碍物是否为人；机器人通过本实用新型能够取得障碍物是人还是物的信息，以提供机器人进行相关处置时的依据，并实现机器人与人类的互动。

Description

一种复合障碍物扫描仪

技术领域

本实用新型涉及定位导航技术领域，尤其是涉及一种复合障碍物扫描仪。

背景技术

随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们在日常生活中，对智能设备的要求也越来越高。机器人作为协助或者替代人类工作的智能机器，早已广泛地应用于工业生产领域；近年来，有些服务机器人甚至已经进入到人们的家庭中，为人们的生活提供便利。

服务机器人行业在最近几年内发展迅猛，出现了如娱乐休闲机器人、残障辅助机器人、专业清洁机器人、物流用途机器人等颇具新颖性和实用性的服务机器人，改善了人们的生活。目前，尽管机器人行业发展进步明显，但是现有的机器人仍然会经常由于不够智能而常常无法满足人类的更高要求。

要实现机器人的智能化，机器人定位导航技术必不可少。在室内的环境中，服务机器人多采用超声波网络进行定位，超声波网络定位***首先需要一个光速级的同步信号（如无线信号）来实现测距时间上的同步，然后通过收到的超声波信标的数据解算出机器人当前的位置情况。在现有的超声波网络定位***中，机器人与超声波信标之间通常会存在有障碍物，使得超声波在传输过程中遇到阻碍，但是这种方式会导致在解算机器人当前位置时，数据存在一定的偏差；因而，当机器人与超声波信标之间存在障碍物时，需要***内另外一个超声波信标对机器人进行定位。

在实现超声波信标之间的调换前，必须借助一种扫描仪，用于判定障碍物的大小及障碍物是否是人，因为在调换时，障碍物如果过小，则不会影响超声波的传输，障碍物如果是会运动的人，机器人的避让办法可以为等待或者打招呼请其离开，与避让固定物体的方法不一致。

实用新型内容

本实用新型的目的是，克服现有技术的上述不足，而提供一种复合障碍物扫描仪，具有能识别障碍物和障碍物的大小和能判定障碍物是否为人的特点。

本实用新型的技术方案是：一种复合障碍物扫描仪，包括同步旋转***和控制处理***；其中：

同步旋转***包括复合传感器座、伺服电机、支架、旋转编码器和旋转搭载头；伺服电机安装在支架上；复合传感器座通过旋转搭载头安装在伺服电机的上端，伺服电机的下端安装有独立的旋转编码器；复合传感器座上安装有超声波收发传感器和人体感应传感器。

控制处理***包括：伺服电机驱动模块、障碍物扫描主控模块和总线；伺服电机驱动模块与伺服电机连接，用于控制伺服电机的开启与关闭；障碍扫描主控模块分别与复合传感器座、伺服电机驱动模块、旋转编码器及总线连接，用于主动控制，还用于处理数据；总线用于收发数据；

超声波收发传感器和人体感应传感器将获取的信息数据集成到复合传感器座上，传输给障碍物扫描主控模块。

进一步地，所述超声波收发传感器的前端安装吸音管，吸音管用于收窄超声波接收的角度；在使用超声波对障碍物进行探测与扫描时，超声波的能量是扩散的，吸音管通过收窄超声波接收的角度，将超声波的能量集中，从而更好地提高检测的效果。

进一步地，所述旋转编码器为绝对编码器。原因在于：绝对编码器会由机械位置来决定每个位置的唯一性，具有无需记忆、无需找参考点、随时读取位置信息的特点；在本实用新型实施过程中需要根据用户的输入而改变角度，因而最优选择绝对编码器。

进一步地，所述超声波收发传感器包括：超声波信号放大器和超声波信号收发器；其中：

超声波信号放大器用于对超声波信号进行放大；

超声波信号收发器用于发送和接收超声波；

在需要发射和接收超声波时，通过超声波信号收发器，使超声波收发传感器对外发射超声波信号，此时，超声波信号放大器会对超声波信号进行放大，当超声波信号遇到障碍物反射回来时，被超声波收发器接收后，再被超声波信号放大器放大。

进一步地，所述障碍物扫描主控模块包括单片机主控模块和超声波测距模块；其中：

单片机主控模块用于控制伺服电机驱动模块、超声波信号收发器；单片机主控模块接收到总线发出的数据后，会根据数据控制伺服电机驱动模块和超声波信号收发器，完成自动控制；

超声波测距模块用于处理旋转编码器和复合传感器座所反馈的数据，并判断机器人在指定角度的前方有无障碍物、障碍物大小以及障碍物是否是人；超声波测距模块通过接收旋转编码器和复合传感器座所反馈的数据，并对数据进行处理，可以实现判断机器人在指定角度的前方有无障碍物、机器人与障碍物之间的距离、障碍物大小以及障碍物是否是人的功能，其原理在于：

1、判断有无障碍物：超声波在遇到障碍物时会发生反射；

2、判断机器人与障碍物之间的距离：超声波在遇到障碍物时发生发射，反射超声波与原超声波之间存在一定的时间间隙，通过该时间间隙可以计算出机器人与障碍物之间的距离；

3、判断障碍物的大小：超声波在遇到障碍物时发生发射，反射超声波与原超声波在能量强度上存在一定的差别（反射超声波的能量强度要小），通过超声波能量强度的变化量可以判断物体大小；

4、判断障碍物是否是人：人体本身会发射出一定频率的红外波，人体感应传感器根据这一特性，接收障碍物所发射出的红外波，如果该红外波为人体的红外波频率，则人体感应器会发出数据，说明障碍物为人；如果该红外波在人体的红外波频率范围外，则人体感应器会发出数据，说明障碍物不是人。

进一步地，所述总线为CAN总线。

本实用新型与现有技术相比具有如下特点：

1、能识别障碍物和障碍物的大小；通过扫描和数据处理，能够计算出障碍物是否存在以及障碍物的大小。当障碍物过大时，超声波网络***内的另一个超声波信标会取代当前信标，对机器人进行定位并发放指令使机器人能够规避该障碍物；当障碍物较小时，忽略该障碍物。机器人通过本实用新型能够更好地应对不同大小的障碍物，当遇到较大障碍物时，能够及时地选择其他信标对机器人进行定位，不会出现定位误差的问题，当遇到较小障碍物时，可以让机器人智能地忽略障碍物继续前行，更加智能化；

2、能判定障碍物是否为人：通过人体感应器对障碍物的感应以及后续的数据处理，判定障碍物是否为人。当障碍物为人时，提供信息给机器人，使机器人采用原地待命或是打招呼请其离开的方式进行规避；当障碍物非人时，提供信息给机器人，使机器人采用常用的规避措施规避该障碍物；机器人通过本实用新型能够更好地区分障碍物的种类，并实现与人类的互动。

附图说明

图1—为本实用新型的结构示意图；

图2—为本实用新型的超声波收发传感器结构示意图；

图3—为本实用新型的障碍物扫描主控模块示意图；

图4—为本实用新型的流程图。

图中：1—同步旋转***，2—控制处理***，3—复合传感器座，4—伺服电机，5—支架，6—旋转编码器，7—伺服电机驱动模块，8—障碍物扫描主控模块，9—总线，10—吸音管，11—搭载旋转头，31—超声波收发传感器，32—人体感应传感器，81—单片机主控模块，82—超声波测距模块，311—超声波信号放大器，312—超声波信号收发器。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参照附图：一种复合障碍物扫描仪，包括同步旋转***1和控制处理***2；其中：

同步旋转***1包括复合传感器座3、伺服电机4、支架5、旋转编码器6和旋转搭载头11；伺服电机4安装在支架5上；复合传感器座3通过旋转搭载头11安装在伺服电机4的上端，伺服电机4的下端安装有独立的旋转编码器6；复合传感器座3上安装有超声波收发传感器31和人体感应传感器32；作为优选，本实施例中，超声波收发传感器31的型号为UMT30-3400A-IUD-L5，人体感应传感器的型号为Si1102。

控制处理***2包括：伺服电机驱动模块7、障碍物扫描主控模块8和总线9；伺服电机驱动模块7与伺服电机4连接，用于控制伺服电机4的开启与关闭；障碍扫描主控模块8分别与复合传感器座3、伺服电机驱动模块7、旋转编码器6及总线9连接，用于主动控制，还用于处理数据；总线9用于收发数据；作为优选，数据收发器9为CAN总线。

所述超声波收发传感器31的前端安装有用于收窄超声波接收角度的吸音管10。

所述旋转编码器6为绝对编码器。

所述超声波收发传感器31包括：超声波信号放大器311和超声波信号收发器312；其中：

超声波信号放大器311用于对超声波信号进行放大；

超声波信号收发器312用于发送和接收超声波。

所述障碍物扫描主控模块8包括单片机主控模块81和超声波测距模块82；其中：

单片机主控模块81用于控制伺服电机驱动模块7和超声波信号收发器311；

超声波测距模块82用于处理旋转编码器6和复合传感器座3所反馈的数据，并判断有无障碍物、障碍物大小以及障碍物是否是人。

本实施例的具体使用方法，如图4所示：

S41：由总线9接收外部来的指令，并把指令传给障碍物扫描主控模块8；

具体地，总线9在接收到外部来的指令后，会把指令传给障碍物扫描主控模块8中的单片机主控模块81；

S42：障碍物扫描主控模块8判定指令是否有效；

具体地，障碍物扫描主控模块8中的单片机主控模块81在接收到指令后会判定该指令是否有效：如无效，则直接丢弃；如有效，将对指令进行分解，从中获取到扫描角度信息；

S43：障碍物扫描主控模块8根据扫描角度信息，控制同步旋转***1旋转；

具体地，根据指令需要测试的角度（45°），障碍物扫描主控模块8上的单片机主控模块81控制伺服电机驱动模块7，带动伺服电机4在该角度前后一定的角度范围内（40°~50°）旋转，并带动同步旋转***1旋转；同时，单片机主控模块81控制超声波信号收发器311驱动超声波收发传感器31；单片机主控模块81将指令需要的角度分解为在这个角度前后一定角度范围内的50个点，同步旋转***1分别在这些点停顿一定时间（0.1秒）；

S44：同步旋转***1采集扫描数据，将扫描数据反馈给障碍物扫描主控模块8；

具体地，同步旋转***1中的超声波收发传感器31和人体感应传感器32将在这些停顿点进行测试，获取到这些点中的数据（超声波返回时间及强度），这50个测试点的数据与旋转编码器6中的数据依次串起，获得的就是扫描的数据；

S45：障碍物扫描主控模块8对扫描数据进行处理；

具体地，障碍物扫描主控模块8中的超声波测距模块82对扫描数据进行处理，确定在指定的角度上有无障碍物、障碍物大小及障碍物是否是人；

S46：障碍物扫描主控模块8将最终的判定结果通过总线9向外发送；

具体地，障碍物扫描主控模块8中的超声波测距模块82将最终的判定结果通过总线9向外发送：如果没有障碍物，则发送申请角度无障碍物的数据信号；如果有障碍物，则发送该点上障碍物的大小、距离多少、障碍物是否是人的数据信号。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种复合障碍物扫描仪，其特征在于：包括同步旋转***（1）和控制处理***（2）；其中：同步旋转***（1）包括复合传感器座（3）、伺服电机（4）、支架（5）、旋转编码器（6）和旋转搭载头（11）；伺服电机（4）安装在支架（5）上；复合传感器座（3）通过旋转搭载头（11）安装在伺服电机（4）的上端，伺服电机（4）的下端安装有独立的旋转编码器（6）；复合传感器座（3）上安装有超声波收发传感器（31）和人体感应传感器（32）；控制处理***（2）包括：伺服电机驱动模块（7）、障碍物扫描主控模块（8）和总线（9）；伺服电机驱动模块（7）与伺服电机（4）连接，用于控制伺服电机（4）的开启与关闭；障碍扫描主控模块（8）分别与复合传感器座（3）、伺服电机驱动模块（7）、旋转编码器（6）及总线（9）连接，用于主动控制，还用于处理数据；总线（9）用于收发数据。

2.如权利要求1所述的复合障碍物扫描仪，其特征在于：所述超声波收发传感器（31）的前端安装有用于收窄超声波接收角度的吸音管（10）。

3.如权利要求1或2所述的复合障碍物扫描仪，其特征在于：所述旋转编码器（6）为绝对编码器。

4.如权利要求1或2所述的复合障碍物扫描仪，其特征在于：所述超声波收发传感器（31）包括：超声波信号放大器（311）和超声波信号收发器（312）；其中：

超声波信号放大器（311）用于对超声波信号进行放大；

超声波信号收发器（312）用于发送和接收超声波。

5.如权利要求1或2所述的复合障碍物扫描仪，其特征在于：所述障碍物扫描主控模块（8）包括单片机主控模块（81）和超声波测距模块（82）；其中：

单片机主控模块（81）用于控制伺服电机驱动模块（7）和超声波信号收发器（311）；

超声波测距模块（82）用于处理旋转编码器（6）和复合传感器座（3）所反馈的数据，并判断有无障碍物、障碍物大小以及障碍物是否是人。

6.如权利要求1或2所述的复合障碍物扫描仪，其特征在于：所述总线（9）为CAN总线。