[發明專利]一種基于聲納的機器人跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710268355.2
• 申請日: 2017-04-22
• 公開（公告）號: CN107422725B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 王振華
• 申請（專利權）人: 南京阿凡達機器人科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;劉輝

本發明提出一種基于聲納的機器人跟蹤方法，采用非接觸單向直接測距方法和收發分離的設計，聲納發射器負責發射超聲波，聲納接收器負責接收超聲波，使用無線通信的方法同步發射器和接收器的本地時間信號，通過計算超聲波到達的時間差值來計算目標的距離并進行定位。該方法實現了單一傳感器多種用途，既實現了產品功能又降級制造成本，同時可以實時快速的探測到外界環境中障礙物的信息；而且探測沒有盲區，多種傳感器測量的參數互補實用，能實時可靠的為機器人控制中心提供最真實的外部環境參數，以便機器人控制中心實時的優化行進線路和及時快速的避障。該方法以較低的成本和簡單的結構實現了多項功能，定位跟蹤準確，應用價值很高。

技術領域

本發明屬于移動機器人跟蹤定位、導航、避障技術領域，特別是一種基于聲納的機器人跟蹤方法。

背景技術

為了使機器人服務于特定的目標對象，幫助人們完成任務，要求這類機器人應該具有目標識別和自主導航的功能。目前具有目標識別和自主導航的機器人普遍通過“機器視覺系統”識別目標，并輔助以其它傳感器來完成自主導航功能。

“機器視覺”是對人的視覺功能進行模擬，獲取目標信息，并對目標信息進行處理。根據視覺傳感器數據不同，分為“單目視覺”和“雙目視覺”等。“單目視覺系統”對目標的表達主要體現在二維圖像的明暗度、紋理、表面輪廓線、陰影等，它在成像過程中損失了成像點的深度信息，這是這類系統一個嚴重缺點。另外“單目視覺”的感知范圍有限，縮小焦距增大廣角往往需要增大圖像畸變為代價，這就是這類系統的另一個缺點。“雙目視覺”符合生物視覺的結構，在三維信息獲取上有優勢，但是雙目攝像的結構復雜，算法不成熟。而且“機器視覺”通過提取目標圖像數據，通過3D建模及大量復雜算法才能實現，對于硬件平臺的要求高，成本也就居高不下。

目前“機器視覺”的實現往往借助于PC來進行大量算法計算，基于嵌入式的“機器視覺”應用還處在研究階段。即使有應用，效果也不理想，在跟蹤時很容易跟丟目標。

發明內容

本發明旨在于提出一種基于聲納的機器人跟蹤方法，該方法能夠實現移動機器人基于聲納實現定位、跟蹤與避障功能，以較低的成本和簡單的結構實現了多項功能，避免損失成像點的深度信息和圖像畸變，定位跟蹤準確。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

本發明是一種基于聲納的機器人跟蹤方案采用非接觸單向直接測距方法和收發分離的設計，聲納發射器負責發射超聲波，聲納接收器負責接收超聲波，使用無線通信的方法同步發射器和接收器的本地時間信號，通過計算超聲波到達的時間差值來計算目標的距離并進行定位。

具體來說，本發明的一種基于聲納的機器人跟蹤方法包括以下步驟：

1)在移動機器人及目標上安裝聲納收發器；所述移動機器人上的一個聲納收發器作為協調器。

2)所述協調器接收移動機器人的運動控制器發出的目標識別和定位指令，然后所述協調器發回目標識別和定位數據至運動控制器，所述運動控制器根據協調器發回的目標識別和定位數據確定目標方位并計算出所述機器人與目標之間的距離。

3)所述協調器接收移動機器人的運動控制器發出的測距指令，然后所述協調器發回測距數據至運動控制器，所述運動控制器根據協調器發回的測距數據確定所述移動機器人和目標之間是否有障礙物，如果有障礙物，則計算出所述移動機器人與障礙物之間的距離。

4)所述運動控制器根據目標識別和定位數據以及測距數據判斷出狀態和計算出數據并規劃跟隨路徑，并依據跟隨路徑發送動作指令序列給所述移動機器人的伺服控制器，由所述伺服控制器驅動所述移動機器人上的驅動裝置實現跟隨動作。

5)所述移動機器人在跟隨目標的過程中，通過所述運動控制器不斷發出目標識別和定位指令、測距指令獲得目標的位置和距離以及行走環境中障礙物的信息，從而不斷地實時更新所述移動機器人的行走路徑，達到定位、路徑規劃、自主跟隨和動態避障的目的。