基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置及追踪方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置，包括红外人体追踪装置、模拟信号采集装置、Ａ/Ｄ转换器、信号处理模块和电控装置；红外人体追踪装置包括底座和上盖；底座上表面设有12个热释电红外传感器，各热释电红外传感器的径向外侧的底座上分别设有一个菲涅尔透镜；上盖的内圆向下连接有插接筒，热释电红外传感器的连接线连接模拟信号采集装置，模拟信号采集装置连接Ａ/Ｄ转换器，Ａ/Ｄ转换器连接信号处理模块，信号处理模块连接机器人的电控装置。本发明专利技术结构简单、成本较低，弥补了在单一传感器下静态检测时只能确定人体的边沿而无法确切知道人体的横向方位的缺陷，能够较为精确地得到追踪对象的横向位置，适于应用于机器人。

Human body tracking device and tracking method based on pyroelectric infrared sensor array

The invention discloses a device with pyroelectric infrared sensor array based on the human body, including infrared human tracking device, analog signal acquisition device, A/D converter, signal processing module and electronic control device; infrared human tracking device comprises a base and an upper cover; the surface of the base is provided with 12 pyroelectric infrared sensor, radial base outside of the pyroelectric infrared sensor are respectively arranged on the upper cover of a Fresnel lens; the inner circle is connected with a tube inserted down the connection line of the pyroelectric infrared sensor is connected with an analog signal acquisition device, analog signal acquisition device is connected with the A/D converter, A/D converter is connected with the signal processing module, electronic device connected signal processing robot module. The invention has the advantages of simple structure, low cost, made in a static detection of single sensor can only determine the body under the edge and not know exactly defect transverse orientation of the human body, can obtain the horizontal position tracking object accurately, suitable for application in robot.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外检测及跟踪
，尤其涉及一种基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置。
技术介绍
现有的机器人均有电控装置，电控装置控制机器人的运动机构进行前进、转向、后退等各种动作。机器人的电控装置接收到传感器的信号后，根据追踪对象的位置控制运动机构动作，使机器人向着追踪对象移动。目前公知的机器人人体跟随方法主要是基于红外热释电传感器、超声波传感器以及计算机视觉实现的。扫描式红外热释电探测方法无法区分人体与干扰热源，误检测率高。超声波传感器无法分辨被测物体是人或者其它障碍物，人机距离误差较大。计算机视觉检测方式漏检率高，实时性差，硬件成本和系统复杂度高。另外，传统的追踪手段难以得到追踪对象（人体）的确切横向方位。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、成本较低的基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置，能够较为精确地得到追踪对象的横向位置，适于应用于机器人。为实现上述目的，本专利技术的基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置包括红外人体追踪装置、模拟信号采集装置、Ａ/Ｄ转换器、信号处理模块和机器人的电控装置；红外人体追踪装置包括均呈圆环形的底座和上盖，底座与上盖插接配合；底座上表面沿周向均匀设有12个热释电红外传感器，沿底座的径向方向，各热释电红外传感器的径向外侧的底座上分别设有一个菲涅尔透镜；所述上盖的内圆向下连接有插接筒，插接筒的下端部与底座的内圆相适配，且插接筒的下端与底座下表面相齐平；插接筒上对应于每一个热释电红外传感器分别设有一个出线孔；各热释电红外传感器的视场角度均为90度；所述热释电红外传感器的连接线通过出线孔后连接所述模拟信号采集装置，所述模拟信号采集装置连接所述Ａ/Ｄ转换器，所述Ａ/Ｄ转换器连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接机器人的电控装置。所述红外人体追踪装置的底座上沿周向分布有12个安装座，各安装座的径向外端与底座的外圆相齐平，各安装座的径向内端与底座的内圆相齐平；相邻安装座的中部之间连接有安装板，安装板上设有安装孔，热释电红外传感器安装在安装孔内；相邻安装座的外端部处对应设有透镜安装侧槽，相邻安装座之间的底座外端部上表面设有透镜安装底槽，透镜安装底槽与透镜安装侧槽相互贯通；菲涅尔透镜的两侧边分别插设在相应安装座上的透镜安装侧槽内，菲涅尔透镜的底边插设在透镜安装底槽内；菲涅尔透镜的顶端与上盖相压接；菲涅尔透镜与相应的热释电红外传感器相距2厘米。所述12个安装座中，6个安装座为上盖连接安装座，另外6个安装座为普通安装座，上盖连接安装座与普通安装座沿周向方向交替设置；各上盖连接安装座的顶面中部均设有一连接孔，所述上盖底面向下连接有6个连接柱，6个连接柱与6个上盖连接安装座上的连接孔一一对应设置，各连接柱均插接在相应的连接孔内。本专利技术的目的还在于提供一种利用上述基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置的人体追踪方法。为实现上述目的，本专利技术的人体追踪方法依次按以下步骤进行：首先是红外人体追踪装置在360度方向上采集红外信号，3-5个热释电红外传感器采集到人体的红外信号，各热释电红外传感器的信号均传送至模拟信号采集装置；其次是模拟信号采集装置将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传送给信号处理模块；热释电红外传感器与追踪对象之间的距离为Ｌ1，热释电红外传感器与追踪对象的方位为Ｌ2，热释电红外传感器的信号输出波形与Ｌ1和Ｌ2之间存在相关性；第三是信号处理模块利用热释电红外传感器的信号输出波形与Ｌ1和Ｌ2之间的相关性，通过多传感器数据融合算法，对各热释电红外传感器的信号进行校正后得到较为精确的Ｌ1和Ｌ2；当Ｎ个热释电红外传感器均监测到追踪对象时，信号处理模块判断位于正中的一个热释电红外传感器所对应的方向为追踪对象的方位；第四是信号处理模块将Ｌ1和Ｌ2的信息传送给机器人的电控装置，机器人的电控装置控制机器人向追踪对象移动。本专利技术具有如下的优点：本专利技术通过多个环形均匀分布的热释电红外传感器探测追踪对象的方位及距离，相邻的三个热释电红外传感器的视场重叠（每个热释电红外传感器的视场角度为90度，相邻两个热释电红外传感器之间的夹角为30度），从而弥补了在单一传感器下静态检测时只能确定人体的边沿而无法确切知道人体的横向方位的缺陷，通过多传感器数据融合算法，较为精确地得出追踪对象（人体）的方位（角度）以及距离。本专利技术具有较好的通用性，能够较为容易地安装到现有机器人身上，并与机器人的现有电控装置相连接，从而实现机器人的低成本升级改造。红外人体追踪装置的结构非常简单，既便于制造，也便于安装，成本较低。各热释电红外传感器的视场角度均为90度，保证了在红外人体追踪装置360度方向上，任意一点均有3个热释电红外传感器能够监测到。当被追踪的对象较大时，会有4个或更多的热释电红外传感器监测到。这样，就提高了追踪的可靠程度，并能够较为准确地判断追踪对象的位置。透镜安装侧槽的设置非常便于安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜的边缘处对红外线具有一定的干扰作用，本专利技术中将菲涅尔透镜的边缘处插入透镜安装侧槽和透镜安装底槽内，从而使进入热释电红外传感器的红外线均未通过菲涅尔透镜的边缘处，从而提高传感的准确程度。红外人体追踪装置中底座与盖体通过连接柱和连接孔插接配合，便于制造和安装使用。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是红外人体追踪装置的底座的结构示意图；图3是红外人体追踪装置的上盖的结构示意图；图4是图2中Ａ处的放大图。具体实施方式如图1至图4所示，本专利技术的基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置包括红外人体追踪装置1、模拟信号采集装置2、Ａ/Ｄ转换器3、信号处理模块4和机器人的电控装置5；红外人体追踪装置1包括均呈圆环形的底座6和上盖7，底座6与上盖7插接配合；底座6上表面沿周向均匀设有12个热释电红外传感器，沿底座6的径向方向，各热释电红外传感器的径向外侧的底座6上分别设有一个菲涅尔透镜；所述上盖7的内圆向下连接有插接筒8（图3的视向为由上盖7的侧部下方向上看上盖7），插接筒8的下端部与底座6的内圆相适配，且插接筒8的下端与底座6下表面相齐平；插接筒8上对应于每一个热释电红外传感器分别设有一个出线孔9；各热释电红外传感器的视场角度均为90度；热释电红外传感器以及菲涅尔透镜均为现有装置，图2未示。所述热释电红外传感器的连接线通过出线孔9后连接所述模拟信号采集装置2，所述模拟信号采集装置2连接所述Ａ/Ｄ转换器3，所述Ａ/Ｄ转换器3连接所述信号处理模块4，所述信号处理模块4连接机器人的电控装置5。红外人体追踪装置1的结构非常简单，既便于制造，也便于安装，成本较低。各热释电红外传感器的视场角度均为90度，保证了在红外人体追踪装置1360度方向上，任意一点均有3个热释电红外传感器能够监测到。当被追踪的对象较大时，会有4个或更多的热释电红外传感器监测到。这样，就提高了追踪的可靠程度，并能够较为准确地判断追踪对象的位置。所述红外人体追踪装置1的底座6上沿周向分布有12个安装座10，各安装座10的径向外端与底座6的外圆相齐平，各安装座10的径向内端与底座6的内圆相齐平；相邻安装座10的中部之间连接有安装板11，安装板11上设有安装孔12，热释电红外传感器安装在安装孔12内；相邻安装座10的外端部处对应设有透镜安装侧槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置，其特征在于：包括红外人体追踪装置、模拟信号采集装置、Ａ/Ｄ转换器、信号处理模块和机器人的电控装置；红外人体追踪装置包括均呈圆环形的底座和上盖，底座与上盖插接配合；底座上表面沿周向均匀设有12个热释电红外传感器，沿底座的径向方向，各热释电红外传感器的径向外侧的底座上分别设有一个菲涅尔透镜；所述上盖的内圆向下连接有插接筒，插接筒的下端部与底座的内圆相适配，且插接筒的下端与底座下表面相齐平；插接筒上对应于每一个热释电红外传感器分别设有一个出线孔；各热释电红外传感器的视场角度均为90度；所述热释电红外传感器的连接线通过出线孔后连接所述模拟信号采集装置，所述模拟信号采集装置连接所述Ａ/Ｄ转换器，所述Ａ/Ｄ转换器连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接机器人的电控装置。

【技术特征摘要】
1.基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置，其特征在于：包括红外人体追踪装置、模拟信号采集装置、Ａ/Ｄ转换器、信号处理模块和机器人的电控装置；红外人体追踪装置包括均呈圆环形的底座和上盖，底座与上盖插接配合；底座上表面沿周向均匀设有12个热释电红外传感器，沿底座的径向方向，各热释电红外传感器的径向外侧的底座上分别设有一个菲涅尔透镜；所述上盖的内圆向下连接有插接筒，插接筒的下端部与底座的内圆相适配，且插接筒的下端与底座下表面相齐平；插接筒上对应于每一个热释电红外传感器分别设有一个出线孔；各热释电红外传感器的视场角度均为90度；所述热释电红外传感器的连接线通过出线孔后连接所述模拟信号采集装置，所述模拟信号采集装置连接所述Ａ/Ｄ转换器，所述Ａ/Ｄ转换器连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接机器人的电控装置。2.根据权利要求1所述的基于热释电红外传感器阵列的人体跟随装置，其特征在于：所述红外人体追踪装置的底座上沿周向分布有12个安装座，各安装座的径向外端与底座的外圆相齐平，各安装座的径向内端与底座的内圆相齐平；相邻安装座的中部之间连接有安装板，安装板上设有安装孔，热释电红外传感器安装在安装孔内；相邻安装座的外端部处对应设有透镜安装侧槽，相邻安装座之间的底座外端部上表面设有透镜安装底槽，透镜安装底槽与透镜安装侧槽相互贯通；菲涅尔透镜的两侧边分别插设在相应安装座上的透镜安装侧槽内，菲涅尔透镜的底边插设在透镜安装底槽内；菲涅尔透镜的顶端与上盖相压接；菲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永宇，刘丽兰，焦丽，
申请(专利权)人：张永宇，
类型：发明
国别省市：河南;41