雷达传感器以及使用雷达传感器的机器人制造技术

一种雷达传感器(6，7)包括收发器单元(10)，所述收发器单元(10)用于在传出方向上沿波束通路发射雷达波束(13)并且在传入方向上沿所述波束通路接收雷达辐射。参考对象(15)被放置在所述波束通路中，以用于在传入方向上重定向传出雷达波束(13)的部分。至少一个维度中的参考对象(15)的大小小于雷达波束(13)的波长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】雷达传感器以及使用雷达传感器的机器人本专利技术涉及雷达传感器，以及涉及其中使用雷达传感器的机器人。雷达传感器广泛地用于汽车技术中，以用于检测车辆附近的人和对象。例如，DE102013010993A1描述了一种雷达系统，该雷达系统被安装到车辆主体的后面，并且在它检测到用户在接近时触发车辆后备箱（boot）的自动开启。在机器人学中，一般实践是在机器人附近安装能够检测人的存在的传感器，以便在此人足够接近而在被机器人撞击时损伤时停止机器人的移动。在DE102013010993Al的情况下，如果雷达传感器没有正确操作并且无法检测人的接近，则车辆后备箱保持为闭合并且必须用手开启。另一方面，在机器人系统中，如果人的接近未被检测，则机器人可移动到与人相同的位置，以及如果两者碰撞，则存在严重的损伤风险。因此，在机器人应用中，必需检测雷达传感器的可能失败，使得仅当明确确定雷达传感器在正确地操作并且能够检测人的接近时，才启用机器人的操作。这样做的常规方式是通过检测来自参考对象的雷达回波，该参考对象被放置在雷达传感器的泄漏（leakage）区外部，放置在其中来自传感器的收发器的雷达波束被预计传播的区域中。这个方式的缺点产生于如下事实：收发器与样本对象之间的距离必须小于其中必须检测到人的距离，因为参考对象的检测原本可能被雷达传感器与参考对象之间的人的存在阻碍，但是距离越小，参考对象的雷达回波就越强。因此，可产生一种状况，其中检测来自参考对象的强回波，但是没有检测来自人的较弱回波，在此情况下，不能确保人的安全性。此外，来自参考对象的回波的存在增加必须与人的回波加以区分的噪声，使得期望不同时接收两种回波。活动组件增加缺陷的概率，通过所述活动组件能够将雷达波束有选择地定向在参考对象上或者定向到其中将要检测人的区域中。因此，本专利技术的一个目的是要提供一种雷达传感器，能够以较高可靠性来建立该雷达传感器的正确操作。这个目的通过一种雷达传感器来实现，该雷达传感器包括收发器单元，所述收发器单元用于在传出（outgoing）方向上沿波束通路发射雷达波束并且在传入（incoming）方向上沿所述波束通路接收雷达辐射，参考对象被放置在所述波束通路中，以用于将所发射雷达波束的部分重定向到收发器，其中参考对象是被放置在雷达波束中的多个参考对象中的一个参考对象，以及至少一个维度中的参考对象的大小比雷达波束的波长要小。参考对象中的至少一些参考对象应当位于收发器单元的泄漏范围之外。通过使参考对象在至少一个方向上变小，尽管它们对雷达收发器的潜在贴近，它们的回波的强度却能够被减小。当参考对象的大小比雷达波长要小时，它的雷达截面与大小的四次幂成比例；因此，参考对象的回波的功率能够被调整成比人的回波的功率要小，使得如果收发器足够灵敏以检测参考对象的回波，则将更有理由检测到任何人。所述第一纬度中的参考对象的大小可小于波长的一半，优选地小于波长的1/5，以及更加（stillmore）优选地小于雷达波束的波长的1/10。由于因参考对象的小的大小，所以能够使其回波的功率如预期的那样小，并且不存在用来在针对人的存在而对环境进行监测的同时去除参考对象的需要。因此，至少一个参考对象能够相对于收发器固定地安装，使得它始终暴露于雷达波束。在与所述第一维度正交的第二维度中，至少一个参考对象的大小能够比雷达波束的波长要大。这促进参考对象的安装，特别在延长参考对象的至少一端延伸到超出雷达波束的截面时也是如此。通常，参考对象能够是金属线。如果具有第一端和第二端中的每个参考对象是线性的，并且如果参考对象的第一端和第二端被安装在框架中，则促进雷达传感器的制造。为了降低激光束的可能异质性对于来自参考对象的回波的影响，多个所述参考对象应当分布在雷达波束的截面，优选地采取一个或多个规则图案的形式。优选地，通过这些所形成的参考对象或图案被布置在与波束相交的至少一个平面中。如果参考对象被布置在第一规则图案和第二规则图案中，第一图案在与波束相交的第一平面中延伸，而第二图案在与第一平面平行的第二平面中延伸，则雷达收发器能够是连续或离散可调谐的，以便在至少第一频率和第二频率下是有选择地可操作的。如果两个图案之间的距离在所述第一频率下等于泰伯距离的一半，则第一图案将在第二图案的平面中生成泰伯图案，以及来自第二图案的雷达回波的强度取决于它的参考对象是位于泰伯图案的亮区还是暗区中。特别地，当收发器工作在所述第一频率并且第二规则图案的参考对象位于由所述第一规则图案所生成的泰伯图案的暗区中时，它们将不会产生回波。按照那种方式，虽然雷达波束跨所述第二规则图案传播，但是能够避免来自第二规则图案的雷达回波的形成，使得能够以背景噪声的最小数来检测来自其他对象的雷达反射。不能避免来自第一规则图案的雷达回波的反射，但是如果第一规则图案位于雷达收发器的泄漏区中，则这个雷达回波将未被检测。雷达传感器可被安装在机器人臂上，以便检测机器人附近的人，并且基于这个检测来控制机器人的移动，以便避免机器人与人之间的碰撞。根据下面对本专利技术的实施例的描述，本专利技术的另外的特征和优点将变得显而易见。图1是其中由雷达传感器来监测机器人的环境的机器人系统的示意图；图2是图1的雷达传感器中的一个雷达传感器的示意截面；图3是按照第一实施例的由雷达传感器的收发器所接收的雷达回波的示例；以及图4是图示作为相对频率的函数的金属球的相对雷达截面的图表；图5是按照第二实施例的由雷达传感器的收发器所接收的雷达回波的示例。图1是制造机器人1的示意图，该制造机器人1包括固定基座2、末端效应器3和多个延长连杆（link）4，所述多个延长连杆路4通过接合部5枢转地相互连接、连接到基座2和末端效应器3。由雷达传感器6、7针对人们的存在而对机器人1的环境进行监测。雷达传感器6是固定的，并且可被安装在机器人基座2附近的车间地面（workshopfloor）上。雷达传感器7被安装在连杆4中。控制器9被连接到雷达传感器6、7，并且被编程为在机器人1与人之间的距离下降到低于预定阈值时减缓或者可能停止机器人1。在图2中示出固定雷达传感器6的示意截面。提供收发器10，以用于传送和接收雷达信号。在必要时，可提供透镜12，以用于将从天线11发出的雷达波整形(特别是准直)为波束13，并且用于将所反射雷达回波聚焦到收发器10上。收发器10的接收通道固有地对由收发器10的传送通道所发射的雷达波是灵敏的。在收发器10处，所发射的雷达波的强度比从雷达传感器6附近的某个对象所反射出的任何雷达回波要大了若干数量级。因此，在收发器以单个频率发射雷达脉冲的情况下，收发器10仅在它没有传送脉冲的同时才对回波灵敏，所述脉冲可“泄漏”到接收通道中。备选地，收发器10能够属于FMCW(频率调制连续波)类型，即，它发射连续雷达波（连续雷达波的频率连续被斜变），使得所传送波与同时接收的回波之间的频率差表示收发器与起源于回波的对象之间的距离。在那种情况下，传出波与所接收回波之间的频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达传感器(6，7)，所述雷达传感器(6，7)包括收发器单元(10)，所述收发器单元(10)用于在传出方向上沿波束通路发射雷达波束(13)并且在传入方向上沿所述波束通路接收雷达辐射，参考对象(15)被放置在所述波束通路中，以用于在所述传入方向上重定向传出雷达波束(13)的部分，其特征在于：所述参考对象是被放置在所述雷达波束(13)中的多个参考对象中的一个参考对象；以及至少一个维度中的所述参考对象的大小比所述雷达波束(13)的所述波长要小。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种雷达传感器(6，7)，所述雷达传感器(6，7)包括收发器单元(10)，所述收发器单元(10)用于在传出方向上沿波束通路发射雷达波束(13)并且在传入方向上沿所述波束通路接收雷达辐射，参考对象(15)被放置在所述波束通路中，以用于在所述传入方向上重定向传出雷达波束(13)的部分，其特征在于：所述参考对象是被放置在所述雷达波束(13)中的多个参考对象中的一个参考对象；以及至少一个维度中的所述参考对象的大小比所述雷达波束(13)的所述波长要小。


2.如权利要求1所述的雷达传感器，其中，所述多个参考对象中的至少一些参考对象位于所述收发器单元(10)的泄漏范围之外。


3.如权利要求1或2所述的雷达传感器，其中，所述第一维度中的所述参考对象的大小小于所述波长的一半，优选地小于所述波长的1/5，以及更加优选地小于所述波长的1/10。


4.如权利要求1、2或3所述的雷达传感器，其中，所述至少一个参考对象相对于所述收发器(10)固定地安装。


5.如前述权利要求中的任一项所述的雷达传感器，其中，与所述第一维度正交的第二维度中的所述至少一个参考对象的所述大小大于所述雷达波束(13)的所述波长，并且优选地大于所述雷达波束(13)的直径。


6.如前述权利要求中的任一项所述的雷达传感器，其中，所述参考对象是金属线(15)。


7.如前述权利要求中的任一项所述的雷达传感器，其中，每个参考对象是线性的并且具有第一端和第二端，并且其中所述参考对象的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·福特，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH