一种协助机器人探测导航盲区的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种协助机器人探测导航盲区的系统，涉及移动目标检测技术领域，包括调频连续波雷达模块，计算模块和通讯模块，调频连续波雷达模块与计算模块通过线缆连接，计算模块与通讯模块通过线缆连接。本发明专利技术还公开了一种协助机器人探测导航盲区的方法，包括：S100、初始化；S200、过滤电磁波信号；S300、处理电磁波信号；S400、发出控制指令；S500、响应控制指令。本发明专利技术对处于遮挡物体后面移动物体进行识别并且计算出物体移动的方向以及速度，避免了机器人与移动物体发生碰撞。免了机器人与移动物体发生碰撞。免了机器人与移动物体发生碰撞。

【技术实现步骤摘要】
一种协助机器人探测导航盲区的系统和方法


[0001]本专利技术涉及移动目标检测
，尤其涉及一种协助机器人探测导航盲区的系统和方法。

技术介绍

[0002]机器人行业作为一个新兴行业，正在不知不觉中改变着我们的生活。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。移动机器人是属于工业机器人的一种类型,它主要是由计算机来进行操作与控制的,移动机器人具有的功能有移动导航以及多传感控制网络交互等各种的功能。移动机器人已经被广泛的应用,并且应用领域是十分的宽广的,在机械电子,纺织,医疗,食品等各个行业都有涉及。并且移动机器人还可以在车站,机场,邮局等各种需要交通运输的场所成为交通运输的工具。例如有的机器人可以来扫地,有的机器人可以进行教育培训,送餐以及迎宾等各种的智能活动。在工业上有机器人可以进行无人搬运切割焊接的机器人。目前的移动机器人主要通过激光雷达和摄像头测量周边环境信息，实现导航和定位。在导航的过程中再加以超声波传感器来探测机器人距离障碍物是否过近，防止发生碰撞。但是由于这些传感器本质上都是测距形式的仪器，当一些物体从视野外的地方移动过来时，机器人通常来不及反应，比如从房间里突然走出来的人，或者在室外路口的拐角处冲出来的汽车或者自行车等等。这种情况下移动物体从无法测量的区域出现快速接近机器人，机器人来不及发出命令即使避让，就会很容易发生碰撞事故。
[0003]专利CN201520989601.X使用红外线障碍检测器来检测是否有人员靠近，当检测到有人员阻挡时，机器人减速慢行或者停止，等待人员通过。但是在该专利应用的餐厅环境中，人经常会从餐桌旁边或者墙壁后面等检测器盲区走出来。这时候机器人对于移动的人员反应不及时，就会容易发生碰撞导致人员受伤。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种协助机器人探测导航盲区的系统和方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提前预判移动物体运动轨迹，进行超前响应，最大限度的减少机器人的碰撞事故。
[0006]专利技术人提出利用电磁波信号检测机器人视野盲区，对处于遮挡物体后面移动物体进行探测，计算出物体移动的方向以及速度，并给机器人发出相应的控制指令，避免机器人与移动物体发生碰撞。
[0007]本专利技术的一个实施例中，提供了一种协助机器人探测导航盲区的系统，包括调频连续波雷达模块，计算模块和通讯模块，调频连续波雷达模块与计算模块通过线缆连接，计算模块与通讯模块通过线缆连接；
[0008]调频连续波雷达模块向四周发射电磁波信号，并接收移动物体反射回的电磁波信号，把反射回的电磁波信号发送给计算模块，计算模块对反射回的电磁波信号进行处理，并根据处理结果通过通讯模块向机器人发送控制指令。
[0009]可选地，在上述实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，调频连续波雷达模块设置雷达传感器。
[0010]可选地，在上述任一实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，调频连续波雷达模块的频率波段设置为76GHz至77GHz。
[0011]可选地，在上述任一实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，调频连续波雷达模块采用线性调频序列调制。
[0012]可选地，在上述任一实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，计算模块对发射的电磁波信号和反射回的电磁波信号进行处理，计算移动物体的距离和移动物体的速度。
[0013]可选地，在上述任一实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，控制指令包括移动或者停止移动。
[0014]专利技术人对移动物体的距离进行推导，过程如下：
[0015]在时域上，发射的电磁波信号和反射回的电磁波信号存在时间延时Δt，关系如下：
[0016][0017]其中，R表示移动物体的距离，c为电磁波传播速度。
[0018]发射的电磁波信号和反射回的电磁波信号混频后的中频信号频率Δf随时间变化关系为：
[0019][0020]其中，B为调频连续波雷达模块调制带宽，T为调制周期。将上述两式联立，化简可得目标距离R。
[0021]进一步地，在上述实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，移动物体的距离为：
[0022][0023]专利技术人继续在频域上对移动物体的速度进行了分析，调频连续波雷达模块发射的电磁波碰到障碍物时会被反射，反射回的电磁波信号的频率会随着调频连续波雷达模块和所碰到障碍物的运动状态的改变而改变。若调频连续波雷达模块和目标都是固定不动，反射波的频率不会发生改变；若目标朝调频连续波雷达模块的方向靠近或调频连续波雷达模块朝目标方向靠近，反射波频率会增加。反之，若目标远离调频连续波雷达模块运动或调频连续波雷达模块远离目标运动，反射波频率会降低。电磁波信号的频率的变化值即为多普勒频率，调频连续波雷达模块发射电磁波信号和接收反射回的电磁波信号的过程中都发生一次多普勒频率，总的过程相当于两次多普勒效应，总的多普勒频率f
d
由如下公式表示：
[0024][0025]其中f为调频连续波雷达模块发射频率，v0为目标移动速度，若接近调频连续波雷达模块前方则运算符号为+号,反之则为
‑
号。
[0026]fb
_
和fb
+
分别为发射信号与接收信号上扫频和下扫频做差频后中频信号的频率，它们与多普勒频率f
d
关系如下：
[0027]fb
_
＝Δf
‑
f
d
[0028]fb
+
＝Δf+f
d
[0029]其中Δf是目标静止时中频信号的频率。联立多普勒频率公式可得相对移动速度V。
[0030]进一步地，在上述实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，移动物体的速度为
[0031][0032]进一步地，在上述实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，在调制带宽B与调制周期T已知的情况下，将发射的电磁波信号与反射回的电磁波信号上扫频和下扫频做差频后中频信号的频率计算出来即可求得移动物体的距离和移动物体的速度，移动物体的速度V的正负与移动物体的运动方向相关，当移动物体靠近调频连续波雷达模块时V为正，反之为负。
[0033]可选地，在上述任一实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统中，计算模块计算移动物体的速度和与机器人的距离，当移动物体接近机器人，且移动物体的速度大于5米/秒或者移动物体的距离小于等于2米时，通过通讯模块向机器人发出停止移动的控制指令，当移动物体远离机器人2米之外，通过通讯模块向机器人发出移动的控制指令。
[0034]基于上述任一实施例中的协助机器人探测导航盲区的系统，本专利技术的另一个实施例中，专利技术人提供了一种协助机器人探测导航盲区的方法，包括如下步骤：
[0035]S100、初始化；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协助机器人探测导航盲区的系统，其特征在于，包括调频连续波雷达模块，计算模块和通讯模块，所述调频连续波雷达模块与所述计算模块通过线缆连接，所述计算模块与所述通讯模块通过线缆连接；所述调频连续波雷达模块向四周发射电磁波信号，并接收移动物体反射回的电磁波信号，把所述反射回的电磁波信号发送给所述计算模块，所述计算模块对所述反射回的电磁波信号进行处理，并根据处理结果通过所述通讯模块向机器人发送控制指令。2.如权利要求1所述的协助机器人探测导航盲区的系统，其特征在于，所述调频连续波雷达模块设置雷达传感器。3.如权利要求2所述的协助机器人探测导航盲区的系统，其特征在于，所述调频连续波雷达模块的频率波段设置为76GHz至77GHz。4.如权利要求2所述的协助机器人探测导航盲区的系统，其特征在于，所述调频连续波雷达模块采用线性调频序列调制。5.如权利要求2所述的协助机器人探测导航盲区的系统，其特征在于，所述计算模块计算所述移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉丽，杨根科，褚健，王宏武，
申请(专利权)人：上海交通大学宁波人工智能研究院，
类型：发明
国别省市：