一种机器人检测障碍的传感器制造技术

一种机器人检测障碍的传感器，它包含至少一个数字成像模块、一个线状激光发射装置，以及至少一个存在反射面的反射镜或反射棱镜或导光管，线状激光发射装置将激光信号发射至反射面，一个或多个反射面将线状激光发射装置发射的线状激光在离开整套传感器信号发射装置前的光路通过反射延长一次或多次，所述的反射面是与线状激光的张角一致的长条状的反射镜或反射棱镜或导光管，反射面长条方向呈平面或曲面，数字成像模块主要用于将线状激光在机器人前方的投影线摄入成像模块的CCD（或CMOS）感光元件上，根据该激光线在感光元件上的位置形状，就能判别激光线在地面的投影线有没有被其他物体（障碍物）遮挡住。

A sensor for detecting obstacles in robot

A robot obstacle detection sensor consists of at least one digital imaging module, a linear laser transmitter, and at least one reflector or reflecting prism or light guide tube with a reflecting surface, which transmits laser signals to the reflecting surface, and one or more reflecting surfaces that emits linear lasers. The linear laser emitted by the device is lengthened one or more times by reflection before leaving the signal transmitting device of the whole sensor. The reflecting surface is a strip-shaped mirror or reflecting prism or light guide tube with the same angle as the linear laser, and the reflecting surface is in plane or curved direction. The digital imaging module is mainly used for extending the reflecting surface. Linear laser is absorbed into the CCD (or CMOS) sensor of the imaging module by the projection line in front of the robot. According to the position and shape of the laser line on the sensor, it is possible to distinguish whether the projection line of the laser line on the ground is blocked by other objects (obstacles).

【技术实现步骤摘要】
一种机器人检测障碍的传感器
本专利技术涉及一种机器人检测障碍的传感器，主要用于机器人在移动过程中检测前方整个投影面上可能碰到的障碍物。
技术介绍
机器人在检测移动方向（一般为前方）上的障碍物时，最好是移动方向的整个面（机器人在前方的投影面）都能检测到，否则，那怕是机器人的一个边角都可能撞上障碍物，如果是这样这个自动移动的装置就不可靠，因此机器人在检测前方障碍时最好采用面传感器。比如，机器人需要检测会不会被茶几、沙发下沿卡住（或撞坏家具）、前方地面的凸起机器人是否能够越过、机器人的边角是否会撞人等，目前机器人上常用的检测障碍的传感器有红外线或超声波，需要安装多个，且不能覆盖整个投影面，但是如果为了扩大覆盖面而在整个面上都安装这类传感器，一则成本较高，二则信号覆盖就扩散了，相当于把机器人的机体范围放大了，原来可以进入的通道也变得不可进了。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决这个传感器的覆盖问题，能够让机器人在移动方向的整个面上检测到障碍物，提供这种覆盖面宽的传感器发射装置。本专利技术是这样设计的：一种机器人检测障碍的传感器，其特征在于所述的传感器包含至少一个数字成像模块、一个线状激光发射装置，以及至少一个存在反射面的反射镜或反射棱镜或导光管，线状激光发射装置将激光信号发射至反射面，一个或多个反射面将线状激光发射装置发射的线状激光在离开整套传感器信号发射装置前的光路通过反射延长一次或多次，所述的反射面是与线状激光的张角一致的长条状的反射镜或反射棱镜或导光管，反射面长条方向呈平面或曲面，数字成像模块主要用于将线状激光在机器人前方的投影线摄入成像模块的CCD（或CMOS）感光元件上，根据该线状激光在感光元件上的位置形状，就能判别线状激光在地面的投影线有没有被其他物体（障碍物）遮挡住，除了线状激光（合作目标），其他物体（非合作目标）在感光元件上的成像可被忽略。所述的线状激光发射装置为一个一字线激光发射头。所述的线状激光发射装置为张角在一平面上的至少两个一字线激光发射头。传感器信号发射装置出光处的反射面整体为一个面。传感器信号发射装置出光处的反射面为多个面，多个面将信号反射至多个方向；线状激光发射装置也可有多个，每个朝向多个反射面的其中一个面；或者线状激光发射装置为一个，这个线状激光发射装置包含多个朝向多个反射面其中一个面的一字线激光发射头。线状激光发射装置还附带上下转动机构或摆动机构，转动机构或摆动机构能将线状激光来回转动一些角度，通过转动将线状激光朝向反射面的不同位置。传感器信号发射装置出光处的反射面还附带上下转动机构或摆动机构，线状激光发射装置发出的线状激光平行于机器人轮轴，转动机构或摆动机构能将出光处的反射面来回转动一些角度，通过转动，出光处的反射面反射的线状激光传递到前方水平方向不同角度。传感器信号发射装置出光处的反射装置还附带左右转动或摆动机构，线状激光发射装置发出的线状激光垂直于地面，转动机构能将出光处的反射面反射的线状激光传递到前方垂直方向不同角度。虽然不通过反射，出光张角大的一字线激光发射头也能将激光线立刻变长，但是其亮度也迅速衰减，本专利技术的目的之一还在于要约束线状激光发射装置的张角，增加线状激光的亮度，并且让线状激光离开机器人本体前基本扩张到相应的长度。附图说明图1（a、b）为前方障碍物判别示意图（其中b为a的前方成像示意图）。图2为本专利技术前方障碍物距离计算原理图。图3为本专利技术的另一例（垂直方向扫描）障碍物距离判别示意图。图4为针对类人形机器人传感器信号发射装置信号覆盖示意图（其中a、b为未用本专利技术的机器人、c、d为设置了本专利技术的传感器的机器人）。图5（a、b、c）为本专利技术的机器人小车（比如扫地机器人）传感器安装方式示意图。图6（a、b、c）为本专利技术传感器信号发射装置结构示意图（其中a为侧面剖面图，b为a的正面剖面图，c为另一种结构剖面图）。图7（a、b）为本专利技术的两例多个线状激光传感器信号发射装置并列安装结构示意图。图8（a、b、c、d）本专利技术的另两例（垂直方向扫描）传感器信号发射装置结构示意图。图9为本专利技术的机器人小车带旋转的传感器信号发射装置安装方式示意图（其中a、b为俯视图，c为b的侧视图）。图10（a、b、c）为带旋转的传感器信号发射装置的工作示意图（圆圈内为局部放大图）。图11（a、b、c、d、e、f）为旋转机构示意图。图12为本专利技术的全方位移动机器人小车带旋转的传感器信号发射装置结构示意图。实施例：一种机器人检测障碍的传感器，其特征在于所述的传感器包含至少一个数字成像模块2、一个朝向前方地面的线状激光发射装置1，以及至少一个存在反射面3的反射镜31或反射棱镜32或导光管33，线状激光发射装置1将激光信号发射至反射面3，一个或多个反射面3将线状激光发射装置1发射的线状激光在离开整套传感器信号发射装置前的光路通过反射延长一次或多次，所述的反射面3是与线状激光1的张角一致的长条状的反射镜31或反射棱镜32或导光管33，反射面3长条方向呈平面或曲面。至少一个数字成像模块2设置在机器人前面板附近低于或高于线状激光发射装置1处，大致设置的位置一般是机器人的半高位置，可以兼顾成像模块的视角，数字成像模块主要用于将线状激光在机器人前方的投影线摄入成像模块的CCD（或CMOS）感光元件上，根据该线状激光在感光元件上的位置形状，就能判别线状激光在地面的投影线有没有被其他物体（障碍物）遮挡住，除了线状激光（合作目标），其他物体（非合作目标）在感光元件上的成像可被忽略。无障碍时，地面上的线状激光稳定投影在固定位置，有障碍凸起时，一部分线状激光照在凸起的障碍上，其在成像模块上的投影会上移（记录下首次上移的时间），如图1（a、b），根据上移的偏移量，能计算出障碍物的距离，并根据机器人移动速度，可计算机器人多长时间会遇到该障碍，机器人应该如何动作，如果前方道路上有坑（台阶），那么在预期位置上一个有的线状激光就会下移或者看不见，这种情况也表明前方有障碍，不能跨越（也可通过计算下移的偏移量，根据经验值确定这个落差机器人能通过）。进一步，根据线状激光发射头的斜向下的角度、感光元件上的线状激光投影位置，甚至能够计算出障碍物离机器人的位置，如图2线状激光发射装置的出光处为A（离地高度为AB），射出的光线照到路面上D点，一旦遇到路上的障碍物（比如一个路障），部分光会被挡住，在L处出现亮点（线段），成像装置的镜头E中心点为O，该点离地高度为OG；感光元件C（CCD）水平方向对应O点处为Q点，D点在Ｃ上的成像处为Ｒ点，L点在Ｃ上的成像处为Ｐ点（其实D、L、N、R、P点并不在一个平面上，图中为这些点的投影面），DR与障碍物LM（取其高度）相交于N点，AD与地面的夹角为α，DR与地面的夹角为β。根据焦距与放大倍数计算所得的放大比例为k，的其中AB、OG、GB、OQ为已知（固定值），RQ、PQ根据像素点的密度（及像素点间隔的距离），在C上绝对的长度可以计算得知，实际长度（代入下来公式时）还要乘上放大比例k，看做可知（已知），假设障碍物LM离D的距离为x，即DM的长度为x则，图中方便起见默认放大比例k为1：∵tgβ=MN/DM=RQ/OQ=OG/DG∴DG=OG*OQ/RQ∵tgα=AB/DB即tgα=AB/（DG+GB）=AB/（O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人检测障碍的传感器，其特征在于所述的传感器包含至少一个数字成像模块(2)、一个线状激光发射装置(1)，以及至少一个存在反射面(3)的反射镜(31)或反射棱镜(32)或导光管(33)，线状激光发射装置(1)将激光信号发射至反射面(3)，一个或多个反射面(3)将线状激光发射装置(1)发射的线状激光在离开整套传感器信号发射装置前的光路通过反射延长一次或多次，所述的反射面(3)是与线状激光的张角一致的长条状的反射镜(31)或反射棱镜(32)或导光管(33)，反射面(3)长条方向呈平面或曲面，数字成像模块(2)用于将线状激光在机器人移动方向上的投影线摄入成像模块的CCD/CMOS感光元件上，根据该线状激光在感光元件上的位置形状，判别线状激光在地面的投影线有没有被障碍物遮挡住，除了线状激光，其他物体在感光元件上的成像可被忽略。

【技术特征摘要】
1.一种机器人检测障碍的传感器，其特征在于所述的传感器包含至少一个数字成像模块(2)、一个线状激光发射装置(1)，以及至少一个存在反射面(3)的反射镜(31)或反射棱镜(32)或导光管(33)，线状激光发射装置(1)将激光信号发射至反射面(3)，一个或多个反射面(3)将线状激光发射装置(1)发射的线状激光在离开整套传感器信号发射装置前的光路通过反射延长一次或多次，所述的反射面(3)是与线状激光的张角一致的长条状的反射镜(31)或反射棱镜(32)或导光管(33)，反射面(3)长条方向呈平面或曲面，数字成像模块(2)用于将线状激光在机器人移动方向上的投影线摄入成像模块的CCD/CMOS感光元件上，根据该线状激光在感光元件上的位置形状，判别线状激光在地面的投影线有没有被障碍物遮挡住，除了线状激光，其他物体在感光元件上的成像可被忽略。2.根据权利要求1所述的一种机器人检测障碍的传感器，其特征是所述的线状激光发射装置(1)为一个一字线激光发射头。3.根据权利要求1所述的一种机器人检测障碍的传感器，其特征是所述的线状激光发射装置(1)为张角在一平面上的至少两个一字线激光发射头。4.根据权利要求1所述的一种机器人检测障碍的传感器，其特征是传感器信号发射装置出光处的反射面(3)整体为一个面。5.根据权利要求1所述的一种机器人检测障碍的传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张舒怡，
申请(专利权)人：张舒怡，
类型：发明
国别省市：江苏,32