[發明專利]一種具有環境感知能力的智能機器人

有效

• 申請號: 201610089612.1
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105738900B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 朱善義
• 申請（專利權）人: 江蘇凱爾消防工程設備有限公司
• 主分類號: G01S13/93
• 分類號: G01S13/93;G05D1/02
• 代理公司: 北京華識知識產權代理有限公司11530
• 代理人: 趙永強

1.一種具有環境感知能力的智能機器人，其特征是，包括機器人和安裝在機器人上的毫米波雷達三維環境感知系統；毫米波雷達三維環境感知系統包括毫米波雷達、旋轉機械裝置、控制單元和數據處理單元；旋轉機械裝置包括第一旋轉軸、旋轉盤和第二旋轉軸，第一旋轉軸豎直布置且與旋轉盤的中心固接，所述第一旋轉軸通過第一步進電機驅動旋轉；由第二步進電機驅動旋轉的第二旋轉軸水平套裝在軸承座內，所述軸承座通過2個豎直布置的支撐軸固接在旋轉盤上；所述第二旋轉軸的中點處設置有連接部，所述連接部垂直于第二旋轉軸且與第二旋轉軸一體成型，毫米波雷達與連接部垂直固接；所述毫米波雷達的自身固有掃描平面垂直于旋轉盤所在平面，且掃描范圍角為±30°；所述旋轉盤在布置支撐軸的一側有切口，切口所在的直線平行于第二旋轉軸所在的直線，且任一支撐軸與切口所在直線的距離小于50mm；所述第一步進電機和第二步進電機均通過單片機來控制，單片機用于接收控制命令，并將控制命令轉化為控制信號發送給電機，同時根據裝置的初始位置和兩個步進電機轉過的角度計算出旋轉機械裝置的當前位置，并將旋轉機械裝置的當前位置狀態反饋給數據處理單元；所述旋轉機械裝置整體在第一步進電機的帶動下面向機器人前進方向做水平180°的周期往返運動，同時毫米波雷達在第二步進電機的帶動下面向機器人前進方向做豎直180°的周期往返運動；

數據處理單元包括數據采集子單元、延時修正子單元和坐標輸出子單元；數據采集子單元接收毫米波雷達測量得到的其與目標的距離值ρ，同時接收單片機發送的垂直旋轉角α和水平旋轉角β，以及毫米波雷達的自身掃描角θ；設毫米波雷達對某一目標的讀數為(ρ，α，β，θ)，并定義：當雷達處于水平位置時α＝0°，當雷達處于水平位置上方時α值為正，雷達處于水平位置下方時α值為負，當第二旋轉軸與機器人正前方方向垂直時β＝0°，當雷達位于β＝0°的右側時β為正值，當雷達位于β＝0°的左側時β為負值；當毫米波雷達的自身掃描方向與毫米波雷達所在平面垂直時θ＝0°，當自身掃描方向位于θ＝0°的上方時θ為正值，當自身掃描方向位于θ＝0°的下方時θ為負值；

延時修正子單元包括距離測量修正模塊、水平掃描修正模塊和垂直掃描修正模塊：距離測量修正模塊，用于對距離值ρ的測量值進行針對雷達檢測波往返過程中延時效應的修正，其輸出的修正因子為：

當|α₁+θ₁|＞|α₂+θ₂|且|β₁|＞|β₂|時，上式取正號，否則取負號；

垂直掃描修正模塊，用于對垂直旋轉角α進行針對雷達檢測波往返過程中延時效應的修正，其輸出的修正因子當|α₁|＞|α₂|時，上式取正號，否則取負號；

水平掃描修正模塊，用于對水平旋轉角β進行針對雷達檢測波往返過程中延時效應的修正，其輸出的修正因子當|β₁|＞|β₂|時，上式取正號，否則取負號；

其中m為毫米波雷達的最大可探測距離，且ρ≤m；用于反應檢測目標和毫米波雷達之間距離對延時效應的影響，目標越靠近雷達則延時越小，反之延時越大；t₁為對該目標雷達檢測波發出的時間，t₂為雷達檢測波返回的時間；|t₁-t₂|代表了雷達檢測波往返于目標和雷達之間所需的時間；T₁為毫米波雷達的水平旋轉周期，T₂為毫米波雷達的豎直旋轉周期；α₁為t₁時的α值，α₂為t₂時的α值；β₁為t₁時的β值，β₂為t₂時的β值；θ₁為t₁時的θ值，θ₂為t₂時的θ值；T₁＝2s，T₂＝2.4s，毫米波雷達的采樣間隔為2°/s；

坐標輸出子單元：經延時修正子單元修正后輸出的目標空間坐標為：

其中，

數據處理單元還包括目標RCS起伏特性測量子單元，用于對目標的RCS序列變異系數進行測量：

對于處在光學區域的復雜目標，假設由N個散射中心構成，則多散射中心目標的RCS表示為目標方位角的函數：

其中，σ_i表示第i個散射中心RCS，α+θ表示目標相對毫米波雷達的方位角，R_i表示第i個散射中心相對雷達中心距離；λ為人為設定的參數；

則RCS序列變異系數表示為：其中σ(k)表示第k次探測目標的RCS值，RCS序列均值