一种水下智能机器人的雷达避障系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水下智能机器人的雷达避障系统，包括机器人本体(1)，其顶面、底面、左侧面和右侧面均安装有一个雷达收发器(2)，其内设置有单片机(3)和与其相连接的外围电路，单片机(3)内设置定时器(4)，单片机(3)将雷达信号分时一一对应输送给每一个雷达收发器(2)，雷达收发器(2)分别将障碍物的反馈信号一一对应输送给单片机(3)，雷达信号输送时定时器(4)开启，反馈信号输送时定时器(4)停止，单片机(3)通过定时器(4)的开启与停止之间的时间计算得出障碍物(5)与雷达收发器(2)的距离。本发明专利技术使其更加合理有效的对障碍物进行避障。同时本发明专利技术实施例的水下机器人避障系统能够实现小型化和轻型化，使雷达避障系统能够应用在小型水下机器人中。

A radar obstacle avoidance system for underwater intelligent robots

The invention relates to an underwater intelligent robot obstacle avoidance radar system, comprising a robot body (1), the top, bottom, left and right side surface is provided with a radar transceiver (2), which is equipped with a microcontroller (3) and a peripheral circuit connected with the monolithic machine (3) in setting a timer (4), SCM (3) the radar signal points corresponding to each delivery radar transceiver (2), (2) radar transceiver respectively the feedback signal corresponding to the obstacle to the microcontroller (3), radar signal transmission timer (4) open, feedback signal when transporting the timer (4) stop, microcontroller (3) through the timer (4) to open and stop the time between the calculated barrier (5) and (2) the distance of radar transceiver. The invention makes it more reasonable and effective to avoid obstacles. At the same time, the underwater obstacle avoidance system of the embodiment of the invention can be miniaturized and light, so that the radar obstacle avoidance system can be applied to a small underwater robot.

【技术实现步骤摘要】
一种水下智能机器人的雷达避障系统
本专利技术涉及水下机器人的避障系统，尤其是涉及一种水下智能机器人的雷达避障系统。
技术介绍
水下机器人在海洋科学研究、海洋开发、水下工程以及军事等方面都有广泛的应用前景。水下机器人一般工作在复杂海洋环境下，为了更好地完成各种作业使命和其自身生命安全，其需要具有自主避障的能力，能够对周围环境障碍物可能造成碰撞危险进行感知并做出相应响应。水下机器人的自主避障方式有很多种，如势场法、模糊避碰法等等。势场法是一种虚拟力法，其基本思想是将机器人在环境中的运动视为一种虚拟的受力场中的运动。障碍物对机器人产生斥力，目标点产生引力，引力和斥力的合力作为机器人的加速力，控制机器人的运动方向和机器人的位置。该方法结构简单，便于底层的实时控制、实时避障，但其仅仅根据一些相对距离来确定控制力的大小比较粗糙，并且存在局部最优解的问题，容易产生死锁现象。近些年一些学者将模糊推理的思想引入水下机器人避障技术方法中，其原理就是基于实时传感器信息的模糊逻辑参考人的经验，通过查表得到规划信息，实现局部路径规划，该方法克服了势场法易产生的局部极小问题，适用于时变未知环境下的路径规划，实时性较好，取得了一些成果，其缺点是人的经验不一定完备的，输入量增多时，推理规则和模糊表会急剧膨胀。但大多都未能够充分考虑水下机器人的动力学模型与运动控制能力，因此将这些因素引入其避障策略中使其能够真实反映动态避障能力使之安全可靠地执行各种作业任务具有重要的意义。2001年5月《机器人》第23卷第3期的“基于运动平衡点的水下机器人自主避障方式”提出将水下机器人的自主避障规划和运动控制结合起来的自主避障规划方法。但该方法在确定运动平衡点安全距离时虽然考虑了水下机器人的运动控制性能等因素，但其设计的安全距离值是一个定值，尤其没有考虑水下机器人速度对避障能力的影响，并且在考虑水下机器人的运动控制能力时也认为是一成不变的，这些其实并不能真实反应水下机器人在实际工作中的动态变化情况。
技术实现思路
技术问题有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是，如何在水下智能机器人中使用雷达避障系统。解决方案为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案，提供了一种水下智能机器人避障系统，包括机器人本体，所述机器人本体的顶面、底面、左侧面和右侧面均安装有一个雷达收发器，所述机器人本体内设置有单片机和与所述单片机相连接的外围电路，所述单片机内设置有定时器，所述单片机产生若干个雷达信号，所述单片机将雷达信号分时一一对应的输送给每一个所述雷达收发器，所述雷达收发器分别将障碍物的反馈信号一一对应的输送给所述单片机，雷达信号输送时所述定时器开启，反馈信号输送时所述定时器停止，所述定时器的开启和停止逐一作用在一个雷达收发器上，所述单片机通过定时器的开启与停止之间的时间计算得出障碍物与雷达收发器的距离。通过在机器人的周边安装多个雷达收发器，通过其发射信号和反射信号并将定时器开启和停止的时间共同反馈至单片机上，从而计算出雷达收发器的发射点至障碍物之间的距离，合理有效的对障碍物进行避障，雷达信号具有易于定向发射、方向性好、能量消耗缓慢、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，也不存在盲区，同时，外界的环境对其影响也比较小，实现了机器人快速有效的移动效果。进一步地，所述雷达收发器的探测角度在20°以上。使其应用范围更加广泛。进一步地，所述单片机为8位单片机，其型号为STM8S105，其主频可达到24MHZ。8位的STM8S105单片机其不仅是STM8S系列的主流，更适用于工业、消费类和计算机市场的多种应用，其性能更加稳定。进一步地，所述单片机产生8个40KHZ的雷达信号。每个雷达收发器分配两个雷达信号，交替使用，使其工作过程有所保障。进一步地，所述单片机上还设置有用于放大雷达信号的放大器。放大后的雷达信号使其信号强度更强，反馈效果更好。附图说明图1为本实施例的机器人本体的外部结构图；图2为本实施例的原理框图。其中：1-机器人本体；2-雷达收发器；3-单片机；4-定时器；5-障碍物。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。参见附图1-2所示，本实施例的一种水下智能机器人的雷达避障系统，包括机器人本体1，机器人本体1的顶面、底面、左侧面和右侧面均安装有一个雷达收发器2，机器人本体1内设置有单片机3和与单片机3相连接的外围电路，单片机3内设置有定时器4，单片机3为8位单片机，其型号为STM8S105，其主频可达到24MHZ，单片机3产生若干个雷达信号，本实施例中单片机3产生8个40KHZ的雷达信号，单片机3将雷达信号分时一一对应的输送给每一个雷达收发器2，分时工作即一个工作完之后，另一个启动，以保证其工作时不会收到另一个的影响，雷达收发器2分别将障碍物的反馈信号一一对应的输送给单片机3，雷达信号输送时定时器4开启，反馈信号输送时定时器4停止，定时器4的开启和停止逐一作用在一个雷达收发器2上，单片机3通过定时器4的开启与停止之间的时间计算得出障碍物5与雷达收发器2的距离，雷达收发器2的探测角度在20°以上，可在-35℃-85℃之间正常工作，单片机3上还设置有用于放大雷达信号的放大器。由单片机3产生的8个40KHZ的雷达信号经过放大器的放大后输送给雷达收发器2，此时，单片机3控制定时器4开启计时，当雷达信号遇到障碍物5时，雷达信号被返回，返回的信号被雷达收发器2接收，此时，单片机3控制其内的定时器4立即停止计时，通过单片机3的计算，就可以得到障碍物与雷达收发器2的距离，实现避障。以上实施方式只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本专利技术的内容并加以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围，凡根据本专利技术精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下智能机器人的雷达避障系统，包括机器人本体(1)，其特征在于：所述机器人本体(1)的顶面、底面、左侧面和右侧面均安装有一个雷达收发器(2)，所述机器人本体(1)内设置有单片机(3)和与所述单片机(3)相连接的外围电路，所述单片机(3)内设置有定时器(4)，所述单片机(3)产生若干个雷达信号，所述单片机(3)将雷达信号分时一一对应的输送给每一个所述雷达收发器(2)，所述雷达收发器(2)分别将障碍物的反馈信号一一对应的输送给所述单片机(3)，雷达信号输送时所述定时器(4)开启，反馈信号输送时所述定时器(4)停止，所述定时器(4)的开启和停止逐一作用在一个雷达收发器(2)上，所述单片机(3)通过定时器(4)的开启与停止之间的时间计算得出障碍物(5)与雷达收发器(2)的距离。

【技术特征摘要】
1.一种水下智能机器人的雷达避障系统，包括机器人本体(1)，其特征在于：所述机器人本体(1)的顶面、底面、左侧面和右侧面均安装有一个雷达收发器(2)，所述机器人本体(1)内设置有单片机(3)和与所述单片机(3)相连接的外围电路，所述单片机(3)内设置有定时器(4)，所述单片机(3)产生若干个雷达信号，所述单片机(3)将雷达信号分时一一对应的输送给每一个所述雷达收发器(2)，所述雷达收发器(2)分别将障碍物的反馈信号一一对应的输送给所述单片机(3)，雷达信号输送时所述定时器(4)开启，反馈信号输送时所述定时器(4)停止，所述定时器(4)的开启和停止逐一作用在一个雷达收发器(2)上，所述单片...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威杰，
申请(专利权)人：苏州欸欸智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32