一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统，主要包括视觉传感器模块、超声波传感器模块、红外传感器模块、数据融合模块、控制模块和执行模块。各传感器模块将采集的周围环境和障碍物信息进行处理，数据融合模块接收各个传感器模块采集的数据并按一定的融合规则对其进行数据融合，融合后的数据传输给控制模块的处理器；该处理器根据数据信息进行行为运行判断和控制决策，通过执行模块完轮式机器人避障运行。本系统采用多个传感器进行数据采集，多个数据处理器并行处理数据的方法提高了数据处理速度，满足了机器人避障实时性和精确性的要求，使轮式机器人避障更加灵活可靠。

Obstacle avoidance control system of wheeled mobile robot based on multi-sensor information fusion

The invention discloses a control system for obstacle avoidance of wheeled mobile robot based on multi-sensor information fusion, including visual sensor module, ultrasonic sensor module, infrared sensor module, data fusion module, control module and execution module. The sensor module will be collected in the surrounding environment and the obstacles of information processing, data fusion module receives the data of each sensor module according to some fusion rules for data fusion, the fusion of the data transmission to the control module processor; the processor operation behavior judgment and control decision according to the data, through the implementation of module after the wheeled robot obstacle avoidance operation. This system uses multiple sensor data acquisition, multi processor parallel data processing method to improve the speed of data processing, to meet the requirements of robot real-time and accuracy, so that the wheeled robot obstacle avoidance is more flexible and reliable.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轮式移动机器人避障控制系统，尤其涉及一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统，属于机器人避障

技术介绍
轮式机器人在日常生活中有着广泛的应用，而自主避障是轮式机器人自主运行的一个重要内容。利用视觉避障和超声波避障以及其他一些传感器检测来实现避障功能是目前的主要流趋势，视觉传感器可以得到障碍物的具体信息，从而达到精确避障的目的，但是视觉避障算法复杂，图像处理计算量大，对数据处理系统有较高的要求，并且受到光线的限制使视觉避障活动受到限制。利用超声波传感器进行避障，数据处理量小，处理速度快，并且不易受到天气条件和环境光照等外部条件的影响，但是仅利用超声波传感器避障还存在一定的测量盲区。近年来利用多传感器信息融合技术进行避障已发展成为一个热门的科研领域，采用多传感器信息融合技术可以提高系统的可靠性和稳定性，增强采集数据的可信任度和系统的分辨能力，采用多传感器信息融合技术可以充分利用有限的传感器资源，既能降低成本，又能提高机器人的性能，满足实际应用的需要。因此，本专利技术提出了一种能够满足自主避障实时性和精确性要求的基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统，克服了单个传感器获取信息少、数据准确性不高、避障精度不足等缺点，可以获取机器人运行的环境和障碍物的具体信息，并且满足实时性和精确性的要求。本专利技术的轮式移动机器人避障控制系统，包括超声波传感器模块1、视觉传感器模块2、红外线传感器模块3、数据融合模块4、控制模块5、左侧执行模块6和右侧执行模块7。超声波传感器模块1放置在机器人的前后左右四个方向，视觉传感器模块2放置在机器人的最上方位置，红外线传感器模块3放置在机器人的前后左右四个方向，数据融合模块4和控制模块5位于机器人的中心位置。超声波传感器模块与控制模块之间通过RS232实现数据传输，控制模块通过RS485总线方式与摄像头实现连接，控制模块过RS232总线方式与红外线传感器模块实现连接，控制模块通过以太网与驱动控制单元连接，控制模块的控制信号输出端连接驱动控制单元的控制信号输入端，控制模块的反馈信号输入端连接驱动控制单元的反馈信号输出端。超声波传感器模块包括8个超声波传感器、1个信号处理器，8个超声波传感器分为四组，每组2个，分别等距放置在轮式机器人正前方、正后方和左右两侧，用于来探测车体前后方和左右两侧50～500cm的障碍物距离信息，信号处理器接收8个超声波传感器采集的数据信号，将采集的数据信号转换成距离数据，然后将距离数据传输给数据融合模块。视觉传感器模块包括1个CCD摄像机、1个视频解码器、1个图像处理器和外部存储器SD卡，CCD摄像机用于实时采集轮式机器人前方道路的图像信息，并将其传输给视频解码器，视频解码器解码后将信息传输给图像处理器，经处理后得到障碍物的边界轮廓图像信息，再将障碍物的边界轮廓图像信息传输给数据融合模块。红外传感器模块包括8个红外传感器、1个信号处理器，8个红外传感器分为四组，每组2个，分别等距放置在轮式机器人正前方、正后方和左右两侧，来探测前后方和左右两侧10～100cm距离是否有障碍物信号处理器接收8个红外传感器采集的信号，并将采集的数字信号处理之后传输给数据融合模块，红外传感器探测距离比超声波模块较短，但是探测精度比较高，可以弥补超声波传感器存在测距盲区的缺陷。数据融合模块包括1个信号处理器和外围电路，信号处理器接收由超声波传感器模块、视觉传感器模块和红外传感器模块传输来的信息，按一定的融合规则进行数据融合处理，并将融合后的数据信息传输给控制模块进行行为运行判断和控制决策。控制模块包括固高运动控制器、控制电路，固高运动控制器接收由数据融合模块融合后的信息，然后根据特定的判断规则进行行为决策和控制，通过控制执行模块使轮式机器人执行相应的前进、后退、左右转向或停止动作，从而实现避障运行。根据一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统，该系统包括的内容为：传感器模块用于采集机器人行走时的环境信息，检测信息经过数据融合模块进行处理后传送给控制单元，控制单元以以太网的方式给运动控制器发送操控机器人行走的命令，控制执行模块的运转，从而实现机器人在复杂环境中的安全运行。该控制系统的控制流程为：步骤一、系统上电启动，对系统进行初始化，执行步骤二，步骤二、判断系统是否初始化成功，如果是，则执行步骤三，如果不是，则执行步骤一、步骤三、各传感器实时采集数据，并将采集的数据传送到数据融合模块，融合后的数据在传送到控制模块，执行步骤四，步骤四、判断控制器判断机器人运行前方有无障碍物，如果有一个，则执行步骤五，如果有多个，则执行步骤十，如果没有，则执行步骤十二，步骤五、判断机器人与障碍物的最短距离是否小于机器人的最小转弯半径，如果是，此时机器人不能绕过障碍物运行，则执行步骤六，如果不是，则执行步骤七，步骤六、机器人后退之与障碍物的距离为2倍的自身长度后，执行步骤七，步骤七、判断机器人相对于障碍物是靠左还是靠右，如果是靠左，则执行步骤八，如果是靠右，则执行步骤九，步骤八、机器人向左转向一定角度做转向运行以绕开障碍物后，执行步骤十二，步骤九、机器人向右转向一定角度做转向运行以绕开障碍物后。执行步骤十二，步骤十、判断任意两者障碍物之间的最小距离是否大于机器人自身宽度的1.5倍，如果是，则执行步骤十一，如果不是，则执行步骤七，步骤十一、机器人调整行驶方向，从两障碍物之间通过，再执行步骤十二，步骤十二、机器人继续停止，执行步骤十三，步骤十三、判断有无运行停止信号，如果有，则执行步骤十四，如果没有，则继续执行步骤三，步骤十四、机器人运行停止。本专利技术有以下有益效果：1.采用反馈调节的控制方式，费用低，可靠性和实时性高，在节约了项目成本的同时，确保了机器人行走的安全性与可靠性。2轮式移动机器人控制系统基于模块化思想，各个模块功能划分清晰，传感器模块采集环境信息，数据融合对采集的数据信息进行融合处理，控制模块依据采集的数据和相应控制算法对运行环境进行判断并作出相应决策，执行模块协调控制伺服电机转动，简化了系统结构，提高了移动机器人反应速度。3本专利技术提供的一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统可实现在行走中的自主避障。采用视觉传感器可采集到更多的运行环境周围的信息，检测出障碍物的边界图像信息，提高避障的精确性；采用超声波传感器和红外传感器相结合的测距方式可以快速测得障碍物的距离信息，提高实时性，可避免单一传感器存在测量盲区的缺陷，提高避障的准确性和安全性。附图说明图1是本专利技术的总体结构框图。图2是本专利技术的控制系统流程图具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，图超声波传感器、视觉传感器和红外传感器通过各自对应的高速处理器处理采集到的周围环境障碍物的相关信息，处理完障碍物信息之后，再将数据传送给数据融合模块的信号处理器系列(TMS320C6201芯片)，该信号处理器按一定的数据融合规则对接收的数据进行融合，然后将融合数据传输给控制模块的固高运动控制器(GTS-400-PV-PCI)，该固高运动控制器进行运行环境判断和控制，然后通过控制执行模块使轮式机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统，其特征在于 ：该系统包括超声波传感器模块 (1) 、视觉传感器模块 (2)、红外传感器模块 (3)、 数据融合模块 (4) 、控制模块 (5) 、左执行模块(6)和右执行模块(7)； 超声波传感器模块 (1) 和红外传感器模块 (3) 为轮式机器人进行避障提供障碍物的尺寸和距离信息 ；视觉传感器模块 (2) 为轮式机器人进行避障提供障碍物的图像数据信息 ；数据融合模块 (4) 接收各个传感器模块传输来的障碍物信息进行数据融合处理，将数据按一定规则融合后传输给控制模块进行行为环境判断和决策控制 ；控制模块 (5) 通过控制左右两个执行模块使轮式机器人执行前进、 后退、左右转向或停止动作，从而实现避障运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器信息融合的轮式移动机器人避障控制系统，其特征在于：该系统包括超声波传感器模块(1)、视觉传感器模块(2)、红外传感器模块(3)、数据融合模块(4)、控制模块(5)、左执行模块(6)和右执行模块(7)；超声波传感器模块(1)和红外传感器模块(3)为轮式机器人进行避障提供障碍物的尺寸和距离信息；视觉传感器模块(2)为轮式机器人进行避障提供障碍物的图像数据信息；数据融合模块(4)接收各个传感器模块传输来的障碍物信息进行数据融合处理，将数据按一定规则融合后传输给控制模块进行行为环境判断和决策控制；控制模块(5)通过控制左右两个执行模块使轮式机器人执行前进、后退、左右转向或停止动作，从而实现避障运行。2.所述的超声波传感器模块包括8个超声波传感器、1个信号处理器，8个超声波传感器分为四组，每组2个，分别等距放置在轮式机器人正前方、正后方和左右两侧，用于来探测车体前后方和左右两侧50～500cm的障碍物距离信息，信号处理器接收8个超声波传感器采集的数据信号，将采集的数据信号转换成距离数据，然后将距离数据传输给数据融合模块。3.所述的视觉传感器模块包括1个CCD摄像机、1个视频解码器、1个图像处理器和外部存储器SD...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤波，田朋，王明磊，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23