一种应用于移动机器人的超声波避障系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于移动机器人的超声波避障系统，涉及避障技术领域，包括处理器、第一通讯接口、上位机、驱动单元、电源模块、惯性单元、LIN总线通讯电路、超声波测距模块，其中，处理器与电源模块相连接，处理器分别与惯性单元、驱动单元连接并通信，处理器通过第一通讯接口与上位机通信，通过LIN总线通讯电路与超声波测距模块通信。超声波测距模块包括至少一个自主研发的超声波收发一体测距装置。若干个超声波收发一体测距装置呈环绕式分布安装在移动机器人上，发射方向都朝外，将检测的距离数据直接转换成符合LIN总线协议的数据，并发送给处理器，实现360度全方位障碍物检测。该系统可以全天候使用，不受室内外环境影响。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于移动机器人的超声波避障系统
本专利技术涉及避障
，尤其涉及一种应用于移动机器人的超声波避障系统。
技术介绍
随着移动机器人以及自动驾驶技术的普及，如何让移动机器人或者无人车辆能够判断前方有无障碍物以及躲避障碍物成为了亟待解决的重要问题。要实现自动控制，安全避障系统必不可少。现有安全避障技术有激光避障、红外避障以及超声波避障。激光避障可以实现不同距离的安全防护，但是价格昂贵，且维护成本高。红外避障价格虽然便宜，但是受环境光线影响较大，使其避障功能使用场合受限。超声波避障则实现了两者的平衡，适用于移动车辆的全方位布局防护。移动机器人行走路径是实时自主的，需要通过安全避障配合导航技术实现。这要求安全避障系统实时、可靠、反应灵敏。在移动机器人自主运行时自动监测周围环境，判断有无人畜接近，通过算法规划行走路径。专利技术专利CN104820429B公开了一种基于超声波距离检测的无人机避障系统及其控制方法，通过上下左右前后六个方向的超声波传感器实现无人机避障，但是应用对象是无人机，不是移动机器人，不仅应用对象的体积区别较大，而且在超声波传感器布局方面也与移动机器人的考虑因素不一样。专利技术专利CN205554311U公开了一种基于AT89S51单片机智能超声波避障与红外遥控的儿童汽车，单片机使用定时器间每隔500ms控制超声装置发射超声波，该系统实时性较低，使用的AT89S51单片为8位处理器，性能较差，无法运行多线程程序。专利技术专利CN206202116U公开了一种超声波避障的机场除雪车信号灯躲避系统，该系统将检测数据显示给驾驶员，只是将超声波避障技术作为驾驶员的辅助避障手段，不能实现移动机器人的完全自主避障。综合来看，现有技术方案存在以下5方面的缺点：(1)现有技术方案大多使用低性能8位处理器，无法运行嵌入式实时操作系统，当超声波传感器数量较多时，处理速度不够快，无法做到实时高效的避障。(2)采用分离式超声波传感器，超声波发射装置与接收装置分开，体积较大，反应速度慢，精度低。或者使用外购超声波传感器，成本高，货期长，无法定制化开发。(3)现有技术方案采用开关量超声波传感器，只能输出高低电平的开关量，无法通过通讯端口实时地输出检测距离。(4)现有技术方案使用激光、雷达等作为安全避障装置，成本高；或者使用红外测距装置，极易受环境光影响，使用场景受限。(5)现有技术方案中的超声波传感器布局无法实现360度无死角防护。因此，本领域的技术人员致力于开发一种应用于移动机器人的超声波避障系统，使该系统具有32位的高效处理器及嵌入式实时操作系统，以利于对多个超声波测距装置数据进行实时计算处理，并能够将数据发送给上位机，并且该系统中的超声波收发一体测距装置为自主研发，检测精度高，使用LIN总线接口进行通讯，方便长距离的数据传输，该系统可以全天候使用，不受室内外环境影响，可以实现360度全方位障碍物检测。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题包括以下5点：(1)为系统配置怎样的处理器才能使其装载嵌入式实时操作系统，能够对多个超声波测距装置的数据进行实时高效地计算处理，通过怎样的接口才能够将数据发送给上位机。(2)如何使得该系统中的测距装置体积小巧，检测精度高，易于安装和维护更换。(3)系统中的测距装置采用何种通信方式及接口与处理器通信，以便高效地将检测的距离数据发送给处理器，而且要便于长距离的数据传输。(4)采用哪种类型的测距装置才能使得系统可以全天候使用，不受室内外环境影响，而且成本适中。(5)怎样在系统中对多个测距装置进行布局，通过相互配合使用来实现360度全方位障碍物检测。为实现上述目的，本专利技术提供了一种应用于移动机器人的超声波避障系统，包括处理器、第一通讯接口、上位机、驱动单元、电源模块、惯性单元、LIN总线通讯电路、超声波测距模块；所述处理器与所述电源模块相连接，所述处理器分别与所述惯性单元、所述驱动单元连接并通信，所述处理器通过所述第一通讯接口与所述上位机通信，所述处理器通过所述LIN总线通讯电路与所述超声波测距模块通信；所述处理器为基于32位Coretex-M3内核的处理器或者基于32位Coretex-M4内核的处理器；所述第一通讯接口为CAN总线接口或者RS485总线接口或者以太网接口；所述上位机为工控机或者其他运行LINUX系统的上位处理机，所述上位机用于复杂算法的处理运算，以及所述移动机器人的工作任务调度；所述驱动单元用于实现所述移动机器人的电机驱动，所述驱动单元在所述上位机的控制下实现对所述移动机器人的移动、转向操作；所述电源模块包括电池、LM5005芯片、LM2596芯片，所述电源模块为所述应用于移动机器人的超声波避障系统，将电池电压降压并进行整体供电；所述惯性单元包括六轴陀螺仪，用于调整所述移动机器人的姿态，确定所述移动机器人在移动过程中的方向以及转向的速度信息；所述超声波测距模块包括至少一个自主研发的超声波收发一体测距装置。进一步地，所述处理器具有嵌入式实时操作系统，支持所述第一通讯接口的协议标准，还支持LIN总线通讯协议，所述处理器用于对来自所述超声波测距模块的数据进行实时计算处理，并将数据计算处理结果通过所述第一通讯接口发送给上位机。进一步地，所述CAN总线接口包括隔离型CAN收发器，所述隔离型CAN收发器分别与所述驱动单元、所述上位机、所述处理器连接并通信。进一步地，所述自主研发的超声波收发一体测距装置由收发装置集成而成，检测范围为30cm-150cm，每25ms刷新一次检测数据。进一步地，所述自主研发的超声波收发一体测距装置通过LIN总线通讯电路与所述处理器通信，所述自主研发的超声波收发一体测距装置被设置为将检测的距离数据直接转换成符合LIN总线协议的数据，并通过所述LIN总线通讯电路发送给所述处理器，便于长距离数据传输。进一步地，所述自主研发的超声波收发一体测距装置被设置为通过硬件设定方式或者软件设定方式来设定通讯地址，所述硬件设定方式支持16路地址设置：0x01-0x08，所述软件设定方式支持255路地址设置：0x01-0xff。进一步地，所述自主研发的超声波收发一体测距装置的检测垂直角度100°，水平角度40°。进一步地，所述自主研发的超声波收发一体测距装置循环发送超声波的时间周期受所述处理器控制，被设置为根据所述移动机器人的移动速度改变所述循环发送超声波的时间周期。进一步地，所述自主研发的超声波收发一体测距装置被设置为若干个配合使用，具体数量根据实际使用需求确定，若干个所述自主研发的超声波收发一体测距装置呈环绕式分布安装在所述移动机器人上，使每一个所述自主研发的超声波收发一体测距装置的发射方向都朝外，实现360度全方位障碍物检测。进一步地，所述应用于移动机器人的超声波避障系统被设置为全天候使用，不受室内外环境影响。与现有技术方案相比，本专利技术的有益技术效果包括以下5方面：(1)采用基于32位的Cortex-M3或者Cortex-M4内核处理器，可以实现嵌入式实时操作系统，能够针对多个自主研发的超声波收发一体测距装置的距离检测数据进行实时高效地计算处理，并将数据通过CAN接口或者RS485接口或者以太网接口发送给上位机。(2)采用超声波避障方式，成本适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于移动机器人的超声波避障系统，其特征在于，包括处理器、第一通讯接口、上位机、驱动单元、电源模块、惯性单元、LIN总线通讯电路、超声波测距模块；所述处理器与所述电源模块相连接，所述处理器分别与所述惯性单元、所述驱动单元连接并通信，所述处理器通过所述第一通讯接口与所述上位机通信，所述处理器通过所述LIN总线通讯电路与所述超声波测距模块通信；所述处理器为基于32位Coretex‑M3内核的处理器或者基于32位Coretex‑M4内核的处理器；所述第一通讯接口为CAN总线接口或者RS485总线接口或者以太网接口；所述上位机为工控机或者其他运行LINUX系统的上位处理机，所述上位机用于复杂算法的处理运算，以及所述移动机器人的工作任务调度；所述驱动单元用于实现所述移动机器人的电机驱动，所述驱动单元在所述上位机的控制下实现对所述移动机器人的移动、转向操作；所述电源模块包括电池、LM5005芯片、LM2596芯片，所述电源模块为所述应用于移动机器人的超声波避障系统，将电池电压降压并进行整体供电；所述惯性单元包括六轴陀螺仪，用于调整所述移动机器人的姿态，确定所述移动机器人在移动过程中的方向以及转向的速度信息；所述超声波测距模块包括至少一个自主研发的超声波收发一体测距装置。...

【技术特征摘要】
2017.01.16 CN 20171002908641.一种应用于移动机器人的超声波避障系统，其特征在于，包括处理器、第一通讯接口、上位机、驱动单元、电源模块、惯性单元、LIN总线通讯电路、超声波测距模块；所述处理器与所述电源模块相连接，所述处理器分别与所述惯性单元、所述驱动单元连接并通信，所述处理器通过所述第一通讯接口与所述上位机通信，所述处理器通过所述LIN总线通讯电路与所述超声波测距模块通信；所述处理器为基于32位Coretex-M3内核的处理器或者基于32位Coretex-M4内核的处理器；所述第一通讯接口为CAN总线接口或者RS485总线接口或者以太网接口；所述上位机为工控机或者其他运行LINUX系统的上位处理机，所述上位机用于复杂算法的处理运算，以及所述移动机器人的工作任务调度；所述驱动单元用于实现所述移动机器人的电机驱动，所述驱动单元在所述上位机的控制下实现对所述移动机器人的移动、转向操作；所述电源模块包括电池、LM5005芯片、LM2596芯片，所述电源模块为所述应用于移动机器人的超声波避障系统，将电池电压降压并进行整体供电；所述惯性单元包括六轴陀螺仪，用于调整所述移动机器人的姿态，确定所述移动机器人在移动过程中的方向以及转向的速度信息；所述超声波测距模块包括至少一个自主研发的超声波收发一体测距装置。2.如权利要求1所述的应用于移动机器人的超声波避障系统，其特征在于，所述处理器具有嵌入式实时操作系统，支持所述第一通讯接口的协议标准，还支持LIN总线通讯协议，所述处理器用于对来自所述超声波测距模块的数据进行实时计算处理，并将数据计算处理结果通过所述第一通讯接口发送给上位机。3.如权利要求1所述的应用于移动机器人的超声波避障系统，其特征在于，所述CAN总线接口包括隔离型CAN收发器，所述隔离型CAN收发器分别与所述驱动单元、所述上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒飞，冯康，束鹏飞，
申请(专利权)人：浙江国自机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33