智能全向移动机器人超声避障系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种智能全向移动机器人超声避障系统及其应用。所述智能全向移动机器人超声避障系统包括：多个超声波传感器和超声波传感器控制模块；所述多个超声波传感器设置在智能全向移动机器人本体上并呈阵列式分布，所述多个超声波传感器设置与超声波传感器控制模块连接，所述超声波传感器控制模块与中央处理器连接。本发明专利技术提供的所述超声避障系统能够使智能全向移动机器人获得各种运动状态下的环境信息，判定障碍物位置，同时还能利用智能全向移动机器人运动的灵活性，实现路径轨迹优化，躲避障碍物，保证其实际应用过程的安全性，此外还可以实现智能全向移动机器人的姿态识别及矫正。

【技术实现步骤摘要】
智能全向移动机器人超声避障系统及其应用
本专利技术涉及一种智能全向移动机器人，特别是涉及一种智能全向移动机器人超声避障系统及其应用。
技术介绍
智能全向移动机器人实现自主避障功能的前提是能够感知周围环境，并根据环境信息实时调整和优化运行轨迹。感知周围环境需要用到各类传感器，并通过测量及分析传感器反馈数据实现。视觉、红外、激光、超声波等传感器都在移动机器人避障系统中得到了实际应用。其中，超声波传感器则以其性价比高、硬件实现简单等优点得到更为广泛应用。但又因为超声波传感器自身存在的局限性，如波束角大、方向性差、测距不稳定(在非垂直的反射下)等，往往采用多个超声波传感器以阵列组合的方式使用，从而增强系统检测的准确度和可靠性。目前针对传统移动机器人而言，运动方式主要为单向、双向两种，其转向功能(包括原地转向)的实现是利用移动机器人左右驱动轮的差速运动。所以传统移动机器人的运动过程中不会出现基于自身坐标的侧向、斜向动作，其超声波传感器阵列组合只需要安装在移动机器人前端(单向运动方式)或者前后两端(双向运动方式)即可。但是对于智能全向移动机器人来说，其运动方式灵活，可以实现前、后、侧向、斜向、旋转等动作，能够实现复杂运动轨迹规划，不局限于特定的运行路线。因此，超声避障系统急需针对智能全向移动机器人的运动特点进行优化布局，以保障智能全向移动机器人的安全应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能全向移动机器人超声避障系统及智能全向移动机器人，以克服现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的一些实施例提供了一种智能全向移动机器人超声避障系统，其包括：多个超声波传感器和超声波传感器控制模块；其中，所述多个超声波传感器设置在智能全向移动机器人本体上并呈阵列式分布，所述多个超声波传感器设置与超声波传感器控制模块连接，所述超声波传感器控制模块与中央处理器连接。在一些实施方式中，所述多个超声波传感器在所述机器人本体上的阵列分布方式包括单层环绕分布方式、多层环绕分布方式、多层表贴分布方式中的任一种或多种的组合。进一步的，所述多个超声波传感器在所述机器人本体上的阵列分布方式满足使所述多个超声波传感器对智能全向移动机器人本体周围的三维空间进行无死角测量的要求。进一步的，所述单层环绕分布方式为：使多个超声波传感器围绕所述机器人本体呈单层排列。进一步的，所述多层环绕分布方式为：使多个超声波传感器围绕所述机器人本体呈两层以上排列。进一步的，所述多层表贴分布方式为：至少使多个超声波传感器以多层排列方式设于所述机器人本体上端面。在一些实施方式中，所述超声波传感器能够发送超声波束，并接收由障碍物反射的同一超声波束；所述超声波传感器控制模块能够测量和计算多个超声波传感器所发射超声波束的传播时间，从而获得与多个超声波束覆盖范围相应的障碍物确切距离值；所述中央处理器能够接收所述超声波传感器控制模块输出的多个障碍物确切距离值，且进行计算和分析，从而获得所述障碍物被测面的三维立体信息。进一步的，所述中央处理器还能够依据所述超声避障系统的需求，将参数配置指令发送给所述超声波传感器控制模块。本专利技术的一些实施例还提供了一种智能全向移动机器人，其包括智能全向移动机器人本体和所述的智能全向移动机器人超声避障系统，所述智能全向移动机器人至少能够实现单向、双向、转弯、侧向、斜向和旋转运动模式。本专利技术的一些实施例还提供了一种智能全向移动机器人姿态矫正系统，其包括：所述的智能全向移动机器人超声避障系统，以及设置在所述智能全向移动机器人的运动空间内的位姿参考障碍物，所述位姿参考障碍物表面平整，且所述位姿参考障碍物按空间坐标系正向放置。进一步的，在所述智能全向移动机器人本体姿态正常时，所述超声避障系统中选定的两个以上超声波传感器与所述位姿参考障碍物表面的距离相等。本专利技术的一些实施例还提供了一种智能全向移动机器人的避障方法，其包括：在智能全向移动机器人上设置所述的智能全向移动机器人超声避障系统；以所述超声避障系统获得智能全向移动机器人在各种运动状态下的环境信息，判定障碍物位置，并将障碍物位置相关数据上传至中央处理器，由中央处理器实时分析所述数据并及时做出判断，从而优化智能全向移动机器人的路径轨迹，躲避障碍物。本专利技术的一些实施例还提供了一种智能全向移动机器人姿态矫正方法，其包括：在智能全向移动机器人上设置所述的智能全向移动机器人超声避障系统；在所述智能全向移动机器人的运动空间内主动放置表面平整的位姿参考障碍物，且使所述位姿参考障碍物按空间坐标系正向放置；使所述智能全向移动机器人向所述位姿参考障碍物靠近，并使所述超声避障系统工作；以中央处理器监测所述超声避障系统中选定的两个以上超声波传感器对所述位姿参考障碍物表面的测量结果是否相同，来判断所述智能全向移动机器人本体当前姿态是否正常，若测量结果不同，表示所述智能全向移动机器人姿态存在偏差，则控制所述智能全向移动机器人纠偏，实现智能全向移动机器人的姿态识别及矫正；其中，在所述智能全向移动机器人本体姿态正常时，所述选定的两个以上超声波传感器与所述位姿参考障碍物表面的距离相等。与现有技术相比，本专利技术实施例提供的智能全向移动机器人超声避障系统是针对智能全向移动机器人运动特点而设计，能够使智能全向移动机器人获得各种运动状态下的环境信息，判定障碍物位置，同时还能利用智能全向移动机器人运动的灵活性，实现路径轨迹优化，躲避障碍物，保证其实际应用过程的安全性，此外还可以实现智能全向移动机器人的姿态识别及矫正。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一实施例中一种智能全向移动机器人超声避障系统的框架原理图。图2是本专利技术一实施例中单个超声波传感器的测量范围等效图。图3a是本专利技术一实施例中单层环绕分布的多个超声波传感器的俯视图；图3b是本专利技术一实施例中单层环绕分布的多个超声波传感器的测量效果图(主视图)。图4a是本专利技术一实施例中多层式环绕分布的多个超声波传感器的测量效果图(主视图)：图4b是本专利技术一实施例中蜂窝式环绕分布的多个超声波传感器的测量效果图(主视图)。图5是本专利技术一实施例中单层与多层混合环绕分布的多个超声波传感器的测量效果图(主视图)。图6是本专利技术一实施例中多层表贴分布的多个超声波传感器的测量效果图(俯视图)。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的不足，本专利技术的专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出一种智能全向移动机器人超声避障系统，其能够使智能全向移动机器人获得各种运动状态下的环境信息，判定障碍物位置，同时还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于包括：多个超声波传感器和超声波传感器控制模块；其中，所述多个超声波传感器设置在智能全向移动机器人本体上并呈阵列式分布，所述多个超声波传感器设置与超声波传感器控制模块连接，所述超声波传感器控制模块与中央处理器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于包括：多个超声波传感器和超声波传感器控制模块；其中，所述多个超声波传感器设置在智能全向移动机器人本体上并呈阵列式分布，所述多个超声波传感器设置与超声波传感器控制模块连接，所述超声波传感器控制模块与中央处理器连接。


2.根据权利要求1所述的智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于，所述多个超声波传感器在所述机器人本体上的阵列分布方式包括单层环绕分布方式、多层环绕分布方式、多层表贴分布方式中的任一种或多种的组合；和/或，所述多个超声波传感器在所述机器人本体上的阵列分布方式满足使所述多个超声波传感器对智能全向移动机器人本体周围的三维空间进行无死角测量的要求。


3.根据权利要求2所述的智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于，所述单层环绕分布方式为：使多个超声波传感器围绕所述机器人本体呈单层排列。


4.根据权利要求2所述的智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于，所述多层环绕分布方式为：使多个超声波传感器围绕所述机器人本体呈两层以上排列。


5.根据权利要求2所述的智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于，所述多层表贴分布方式为：至少使多个超声波传感器以多层排列方式设于所述机器人本体上端面。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的智能全向移动机器人超声避障系统，其特征在于，
所述超声波传感器能够发送超声波束，并接收由障碍物反射的同一超声波束；
所述超声波传感器控制模块能够测量和计算多个超声波传感器所发射超声波束的传播时间，从而获得与多个超声波束覆盖范围相应的障碍物确切距离值；
所述中央处理器能够接收所述超声波传感器控制模块输出的多个障碍物确切距离值，且进行计算和分析，从而获得所述障碍物被测面的三维立体信息。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，张驰，杨桂林，宋孙浩，李俊杰，郑天江，舒鑫东，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33