基于多红外的机器人避障装置、其控制方法及机器人沿边控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于多红外的机器人避障装置、其控制方法及机器人沿边控制方法，所述机器人避障装置包括至少一个红外强度检测单元，所述红外强度检测单元包括承载机构、红外发射管及红外接收管，红外发射管和红外接收管彼此呈夹角地设置于所述承载机构上；所述红外发射管为至少两个，各红外发射管与其红外接收管中心线交叉点分别位于不同的平面上。本发明专利技术用多红外检测的方式，精确计算出障碍物距离，提升机器人的检测精度，降低误判断，相比其他能够实现相同精度的方案，大大降低成本。此外，应用本发明专利技术装置做沿边行为时，可以克服不同墙面材料带来的红外反射不一致的问题，提升机器人沿边效果。

Robot obstacle avoidance device based on multi infrared, control method thereof and robot edge control method

The invention discloses a multi robot based on infrared obstacle avoidance device, its control method and robot border control method, the robot obstacle avoidance device includes a detection unit at least one infrared intensity, the intensity of the infrared detection unit comprises a bearing mechanism, the infrared transmitting tube and infrared receiving tube, infrared transmitting tube and infrared receiving tube each has an angle arranged on the bearing mechanism; the infrared emission tube is at least two, the infrared transmitting tube and infrared receiving tube center line of intersection are on different planes. The invention uses the multi infrared detection method to accurately calculate the distance of the obstacle, improves the detection accuracy of the robot and reduces the error judgment, and greatly reduces the cost compared with other programs that can achieve the same accuracy. In addition, when the device is used for edge action, the problem of inconsistent infrared reflection caused by different wall materials can be overcome, and the edge effect of the robot can be enhanced.

【技术实现步骤摘要】
基于多红外的机器人避障装置、其控制方法及机器人沿边控制方法
本专利技术属于自主行动机器人
，具体涉及基于多红外的机器人避障装置、其控制方法及机器人沿边控制方法。
技术介绍
随着技术发展和人们对舒适生活的追求，自主行动机器人越来越多进入到人们生活当中，如陪伴机器人、扫地机器人等。机器人的基本功能是环境感知、指令接收和行为控制。机器人难点首先是环境的感知，机器人需要知道哪些地方可以去，前面有哪些障碍物，侧面是否是墙等等。环境的感知依赖于各种传感器数据的获取，目前常见的传感器包括：红外光强传感器、红外测距传感器、超声波传感器、视觉传感器、激光传感器等等。参见图1所示，以智能扫地机器人为例，其一般包括机体1、行动轮2和3、控制模块4及避障装置，其中，避障装置包括碰撞检测单元5和防跌落检测单元6-11，碰撞检测单元5设置于机器人前端，用于行进过程中的碰撞检测；防跌落检测单元6-11设置于机器人下方边缘，用于台阶等防跌落检测。控制模块4用于接收指令信号或采集信号，进行数据分析处理及控制信号的生成。其中，碰撞检测单元和防跌落检测单元的实现方式有多种。从精度上看，红外测距传感器、超声波传感器、激光传感器都可以获得比较高的精度，但是成本比较高，同时除了激光传感器外覆盖的角度比较小，需要比较多的数目才能够减小检测的盲区，而激光传感器主要感知一个很窄的二维平面，垂直方向存在盲区。视觉传感器如果需要做到测距，则需要至少两个摄像头，成本比较高，精度欠佳，模具上也需要专门的孔洞来放置。从成本上和外观考虑，红外光强传感器无疑是最为便宜和应用最广的，但目前的用法都是基于单光强检测，不同的材质对红外的发射不同，导致对障碍物的适应性比较差。现有的红外强度检测单元如图2所示，其包括模具结构件101、红外发射管102和红外接收管103。模具结构件101作为承载机构，用来固定和隔离红外发射管和接收管，红外发射管102和红外接收管103呈相交角度地设置于模具结构件101上。图2中，104表示红外发射管的发光范围，两根实线内是其发射角；105表示红外接收管的接收范围，两根实线内是接受角；106表示红外发射管的中心线；107表示红外接收管的中心线；108表示红外发射和接收中心线的夹角；111表示靠近发射接收的平面；112表示红外发射和接收中心线相交的平面，也是接收最强烈的平面；113表示远离发射和接收的平面；121表示红外接收信号和距离的曲线，横坐标是对应于发射强度，纵坐标对应于和发射接收平面的距离，强度的峰值对应到112平面；122表示障碍物反射比较弱时，接收到的光强比较弱123表示障碍物反射偏中性时，接收到的光强在中间；124表示障碍物反射比较强时，接收到的光强也比较强。上述现有红外强度检测单元的主要缺陷在于：只能够感应到一个曲线的信号，接收最强的平面是发射和接收中心线的交叉点平面112，从远到近，越靠近交叉点，值越大，但是过了交叉点，越靠近机器，数值越小。应用时，需要避免机器人太靠近障碍物，同时，不同的障碍物反射红外强度不同，应用时最近的阈值不能设置太小。应用到障碍物检测时，用传统的方法经常会遇到检测距离不准，有些低反射差的障碍物不能检测到。应用到跌落检测时，如果遇到了颜色深的地毯，发射回来的值很小，但是如果遇到反射比较强的台阶，10厘米的高度的检测值和深颜色的地毯数值差不多，不能够很好的区分出跌落来。图2中右侧对应于不同的反射面，反射的最大值位置不变，但是强度信息差别比较大。
技术实现思路
本专利技术旨在用多红外检测的方式，精确计算出障碍物距离，提升机器人的检测精度，降低误判断，相比其他能够实现相同精度的方案，大大降低成本。此外，应用本专利技术装置做沿边行为时，可以克服不同墙面材料带来的红外反射不一致的问题，提升机器人沿边效果。本专利技术由以下技术方案实现：一种基于多红外的机器人避障装置，包括至少一个红外强度检测单元，所述红外强度检测单元包括承载机构、红外发射管及红外接收管，红外发射管和红外接收管彼此呈夹角地设置于所述承载机构上；其特征在于：所述红外发射管为至少两个，各红外发射管与其红外接收管中心线交叉点分别位于不同的平面上。作为具体的技术方案，所述各红外发射管与其红外接收管中心线交叉点分别位于不同的平面上的实现方式为：设置各红外发射管与其红外接收管的夹角不同或距离不同。作为具体的技术方案，所述红外接收管为一个，所述红外发射管包括第一红外发射管和第二红外发射管，第一红外发射管与红外接收管中心线交叉点所在平面和第二红外发射管与红外接收管中心线交叉点所在平面之间的距离为Ds。作为具体的技术方案，所述红外接收管设置于承载机构感测位中心线上，所述第一红外发射管和第二红外发射管分别设置于该红外接收管的两侧。作为具体的技术方案，所述红外接收管包括第一红外接收管和第二红外接收管，所述红外发射管包括第一红外发射管和第二红外发射管，第二红外发射管和第二红外接收管分别设置于承载机构感测位中心线两侧，第一红外发射管设置于第二红外发射管的外侧，第一红外接收管设置于第二红外接收管的外侧；第一红外发射管与第一红外接收管中心线交叉点所在平面和第二红外发射管与第二红外接收管中心线交叉点所在平面之间的距离为Ds。作为具体的技术方案，所述第一红外接收管和第二红外接收管分别与所述感测位中心线平行或呈锐角夹角。作为具体的技术方案，所述红外强度检测单元被用作障碍物检测时所述距离Ds设置的数值大于所述红外强度检测单元被用作防跌落检测时所述距离Ds设置的数值。一种上述基于多红外的机器人避障装置的控制方法，其特征在于，包括：A、通过若干重复的控制周期实现对第一红外发射管和第二红外发射管的启闭控制及采集红外接收管接收信号的控制，每一个控制周期的脉冲时序如下：(1)在t0时刻之前，控制第一红外发射管和第二红外发射管关闭；(2)t0时刻，采集红外管接收到的环境光强度W0，随后控制第一红外发射管开启；(3)t1时刻，采集红外接收管接收的来自于第一红外发射管和环境光信号的强度W1，随后控制第一红外发射管关闭、第二红外发射管开启；(4)t2时刻，采集红外接收管接收的来自于第二红外发射管和环境光信号的强度W2，随后关闭第一和第二个红外发射管；(5)t3时刻，进入下一个采集周期；B、计算红外接收管接收的来自于第一红外发射管的有效光信号强度W1S＝W1-W0；计算红外接收管接收的来自于第二红外发射管的有效光信号强度W2S＝W2-W0。一种上述避障装置控制方法的机器人沿边控制方法，其特征在于，包括：当机器人逐渐靠近所述边时，比较W1S和W2S并相应执行以下步骤：W1S大于W2S时，控制机器人渐进式靠边，靠边过程中继续比较W1S和W2S；W1S小于W2S时，控制机器人渐进式远离边，远离边的过程中检测W1S是否开始变小，是则控制机器人渐进式靠边并继续比较W1S和W2S，否则继续控制机器人渐进式远离边；W1S等于W2S时，控制机器人维持原有方向。一种上述避障装置控制方法的机器人沿边控制方法，其特征在于，包括：当机器人逐渐靠近所述边时，比较W1S和W2S并相应执行以下步骤：W1S大于W2S时，控制机器人渐进式靠边，靠边过程中继续比较W1S和W2S；W1S小于W2S时，控制机器人渐进式远离边，远离边的过程中继续比较W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多红外的机器人避障装置，包括至少一个红外强度检测单元，所述红外强度检测单元包括承载机构、红外发射管及红外接收管，红外发射管和红外接收管彼此呈夹角地设置于所述承载机构上；其特征在于：所述红外发射管为至少两个，各红外发射管与其红外接收管中心线交叉点分别位于不同的平面上。

【技术特征摘要】
1.一种基于多红外的机器人避障装置，包括至少一个红外强度检测单元，所述红外强度检测单元包括承载机构、红外发射管及红外接收管，红外发射管和红外接收管彼此呈夹角地设置于所述承载机构上；其特征在于：所述红外发射管为至少两个，各红外发射管与其红外接收管中心线交叉点分别位于不同的平面上。2.根据权利要求1所述的机器人避障装置，其特征在于，所述各红外发射管与其红外接收管中心线交叉点分别位于不同的平面上的实现方式为：设置各红外发射管与其红外接收管的夹角不同或距离不同。3.根据权利要求2所述的机器人避障装置，其特征在于，所述红外接收管为一个，所述红外发射管包括第一红外发射管和第二红外发射管，第一红外发射管与红外接收管中心线交叉点所在平面和第二红外发射管与红外接收管中心线交叉点所在平面之间的距离为Ds。4.根据权利要求3所述的机器人避障装置，其特征在于，所述红外接收管设置于承载机构感测位中心线上，所述第一红外发射管和第二红外发射管分别设置于该红外接收管的两侧。5.根据权利要求2所述的机器人避障装置，其特征在于，所述红外接收管包括第一红外接收管和第二红外接收管，所述红外发射管包括第一红外发射管和第二红外发射管，第二红外发射管和第二红外接收管分别设置于承载机构感测位中心线两侧，第一红外发射管设置于第二红外发射管的外侧，第一红外接收管设置于第二红外接收管的外侧；第一红外发射管与第一红外接收管中心线交叉点所在平面和第二红外发射管与第二红外接收管中心线交叉点所在平面之间的距离为Ds。6.根据权利要求5所述的机器人避障装置，其特征在于，所述第一红外接收管和第二红外接收管分别与所述感测位中心线平行或呈锐角夹角。7.根据权利要求3至6任意一项所述的机器人避障装置，其特征在于，所述红外强度检测单元被用作障碍物检测时所述距离Ds设置的数值大于所述红外强度检测单元被用作防跌落检测时所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚军，赖钦伟，
申请(专利权)人：珠海市一微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44