一种避障系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种避障系统，在避障系统的设备平台上，安装有动力轮、动力轮驱动器、传感器模块、避障模块和人机交互单元，上述各部件由电池供电；所述传感器模块和避障模块连接，用于收集环境障碍物信息；所述避障模块包括控制中心、传感器接口、通讯电路和电源模块；所述传感器模块通过传感器接口与控制中心相连，所述人机交互单元通过通讯电路与控制中心相连，所述动力轮驱动器通过机电连接与控制中心相连，控制中心获取用户指令和环境障碍物信息后，通过动力轮驱动器控制动力轮，实现避障操作。本实用新型专利技术采用模块化设计，有拓展能力：可拓展多种传感器进行数据的融合；具有完善的用户交互功能；通用性强、稳定性强。

【技术实现步骤摘要】
一种避障系统
本技术涉及机器人避障领域，尤其涉及一种避障系统。
技术介绍
避障使用的传感器多种多样，各有不同的原理和特点，目前常见的主要有视觉传感器、红外传感器、超声波传感器、激光传感器、毫米波雷达等。单目视觉则只能获取环境的二维图像信息，无法获取环境障碍物的深度信息，双目视觉，则存在实时性差、计算复杂等缺点。超声波或红外测距传感器存在探测范围有限，容易受环境影响，如温度、风速等，同时刷新速率低，多组同时使用时容易产生串扰，探测数据量较少，影响避障控制的精确度等缺陷。激光传感器距离测量技术具有较高的精度和速度，但对黑体或于透明材料，比如玻璃，就无能为力了。而常用的避障解决方案依赖于平台，即根据平台的尺寸，形状等特点，使用不同的避障传感器获取信息，这是一种建模式的解决方案。虽然该方案的避障算法可能适用于多种情况，但由于通信协议，计算平台，参数固定等原因，这种方案往往不具备通用性，在付出大量时间精力后得到的方案仅能用于一种平台。本技术使用多传感器融合方法，使用超声波和激光雷达作为主要避障传感器，并可以扩展其他诸如红外传感器，视觉传感器，姿态传感器，碰撞传感器以及扩展编码器等传感器，提升避障系统的可靠性，实现复杂环境条件下，空间物理信息的精确获取。使用多种通信协议实现对传感器的数据获取以及人机交互，解决本避障系统对于不同平台的适用性，并设计控制中心交互逻辑，实现一种通用和易用的避障系统。
技术实现思路
技术目的：为了解决现有技术存在的问题，本技术的目的在于提供一种能够在复杂环境条件下，精确获取空间物理信息的避障系统。技术方案：一种避障系统，在避障系统的设备平台上，安装有动力轮、动力轮驱动器、传感器模块、避障模块和人机交互单元，上述各部件由电池供电；所述传感器模块和避障模块连接，用于收集环境障碍物信息；所述避障模块包括控制中心、传感器接口、通讯电路和电源模块；所述传感器模块通过传感器接口与控制中心相连，所述人机交互单元通过通讯电路与控制中心相连，所述动力轮驱动器通过机电连接与控制中心相连，控制中心获取用户指令和环境障碍物信息后，通过动力轮驱动器控制动力轮，实现避障操作。所述传感器包括主要避障传感器和扩展避障传感器；所述主要避障传感器为激光雷达传感器和/或超声波传感器；所述扩展避障传感器包括红外传感器、视觉传感器、碰撞传感器、姿态传感器、扩展编码器中的至少一种。还包括转向机构和转向驱动器；所述转向驱动器通过机电连接与控制中心相连，控制中心获取用户指令和环境障碍物信息后，通过转向驱动器控制转向机构，实现避障操作。所述人机交互单元上设有音频模块、灯光模块、屏幕指示模块以及远程终端模块中的至少一种显示设备。所述人机交互单元包括按键、摇杆、触摸模块和无线遥控模块中的至少一种输入设备。所述避障模块还包括电量检测单元，该电量检测单元与电源模块为并联连接，并与控制中心相连。有益效果：和现有技术相比，本技术具有如下进步：1、采用模块化设计，有拓展能力：可拓展多种传感器进行数据的融合；2、完善的用户交互：用户可使用不同的控制指令实现原始传感器数据输出，避障信息输出，参考运动指令输出；用户也可以设定避障范围，设备尺寸等参数；3、通用性强：兼容多种通信协议，可用于多种移动平台；4、稳定性强：使用多种传感器，从而避免单一传感器在特殊情况下的缺陷，提高系统稳定性。附图说明图1为避障系统基本构成；图2为避障模块控制框图；图3为传感器优先级输入输出；图4为传感器融合和实时地图构建示意图；图5为局部地图构建示意图；图6(a)、6(b)为智能优化行驶轨迹示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术的技术方案做进一步详细说明。如图1所示，本技术的避障系统基本构成包括：人机交互单元、传感器模块、避障模块和电池，为了实现避障操作，本技术的避障系统还包含至少一个动力轮驱动器，和两个动力轮，或者包含至少一个动力轮驱动器、一个转向驱动器，一个动力轮和一个转向机构。各部件安装在避障系统平台上。其中，传感器模块和避障模块连接，用于收集环境障碍物信息；如图2所示，避障模块包括控制中心、传感器接口、通讯电路和电源模块；传感器模块通过传感器接口与控制中心相连，人机交互单元通过通讯电路与控制中心相连，动力轮驱动器通过机电连接与控制中心相连，控制中心获取用户指令和环境障碍物信息后，通过动力轮驱动器控制动力轮，实现避障操作。避障模块作为整个系统的控制核心，主要用于收集传感器信息，形成系统所处的空间位置信息，并根据各个传感器的信息变化，由控制中心计算得出系统当前的运动状态，通过控制各个驱动器，进行避障的操作。同时避障模块可以向人机交互单元反馈目前设备运行信息，可以根据人机交互单元反馈的信息来调整系统运动。人机交互单元主要负责向使用者反馈避障系统的信息，反馈的方式可采用声音、灯光指示、屏幕指示、远程终端显示等。同时，使用者可以通过人机交互单元对系统进行控制，控制的方式可采用按键、摇杆、触摸或者无线遥控。避障系统中的驱动器主要分为动力轮驱动器、转向驱动器、辅助设备驱动器。其中，动力轮驱动器主要负责驱动动力轮，为整个系统提供运动动力来源；当一个系统驱动两个及以上动力轮时，也可以为系统提供转向力。转向驱动器主要负责驱动转向机构，为系统提供转向力。辅助设备驱动器主要帮助系统驱动辅助设备，实现系统额外的辅助功能。图2中，传感器模块主要分为两类：主要避障传感器和扩展避障传感器；其中，主要避障传感器由激光雷达和超声波传感器组成；作为环境信息的主要来源，激光雷达提供的信息精度高，刷新速率高，冗余信息少。使用多种通信协议将数据传输至控制中心，控制中心则根据激光雷达获取的传感器信息建立栅格地图或者极坐标地图从而建立起对周围环境初步认识，同时系统使用激光雷达获取环境中常出现的动态障碍物的信息。方案使用旋转激光雷达和固态激光雷达互为替代：对于体积小高度低的移动平台采用旋转激光雷达，而对于体积大较高或者是形态特殊的移动平台则使用固态激光雷达。即使大角度的3D激光雷达也仍然存在激光雷达普遍存在的检测盲区问题，对于这种情况，作为主要避障传感器的超声波传感器就会发挥辅助探测的功能。与此同时，当激光雷达发生故障时，超声波传感器能对周围环境存在的障碍物进行检测，避免紧急情况下事故的发生。使用超声波传感器获取障碍物距离的信息，并通过多种通信方式传输至控制中心中。扩展避障传感器包括红外传感器，视觉传感器，碰撞传感器，姿态传感器以及扩展编码器；考虑到红外传感器对于环境光线的要求，红外传感器仅作为一种辅助的扩展的避障传感器，使用视觉传感器向控制中心发送图像信息，使用单目摄像头完成目标识别、障碍物类型识别、场景识别等功能；使用景深摄像头或双目摄像头作为激光雷达的备用和替代，控制中心获取场景的景深信息，实现立体的场景构建，实现避障信息的输出；当出现不当使用避障信息或避障信息出错时，移动平台可能发生碰撞。当碰撞发生时，使用碰撞传感器检测碰撞的发生，控制中心接收到碰撞传感器检测到的碰撞发生信号时，通过通信接口发出运动控制指令，确保碰撞后不会发生进一步的事故。使用姿态传感器检测移动平台的姿态，将移动平台姿态信息与激光雷达或其他传感器的构图信息融合，可以实现对因安装误差或者运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种避障系统，其特征在于：在避障系统的设备平台上，安装有动力轮、动力轮驱动器、传感器模块、避障模块和人机交互单元，上述各部件由电池供电；所述传感器模块和避障模块连接，用于收集环境障碍物信息；所述避障模块包括控制中心、传感器接口、通讯电路和电源模块；所述传感器模块通过传感器接口与控制中心相连，所述人机交互单元通过通讯电路与控制中心相连，所述动力轮驱动器通过机电连接与控制中心相连，控制中心获取用户指令和环境障碍物信息后，通过动力轮驱动器控制动力轮，实现避障操作。

【技术特征摘要】
1.一种避障系统，其特征在于：在避障系统的设备平台上，安装有动力轮、动力轮驱动器、传感器模块、避障模块和人机交互单元，上述各部件由电池供电；所述传感器模块和避障模块连接，用于收集环境障碍物信息；所述避障模块包括控制中心、传感器接口、通讯电路和电源模块；所述传感器模块通过传感器接口与控制中心相连，所述人机交互单元通过通讯电路与控制中心相连，所述动力轮驱动器通过机电连接与控制中心相连，控制中心获取用户指令和环境障碍物信息后，通过动力轮驱动器控制动力轮，实现避障操作。2.根据权利要求1所述的避障系统，其特征在于：所述传感器包括主要避障传感器和扩展避障传感器；所述主要避障传感器为激光雷达传感器和/或超声波传感器；所述扩展避障传感器包括红外传感器、视...

【专利技术属性】
技术研发人员：王驰，张苏园，王子涵，费凯成，罗浩珏，
申请(专利权)人：南京康尼智控技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32