[發明專利]一種未知環境內移動機器人測量動態障礙物移動速度的方法

在審

• 申請號: 202010155733.8
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111309025A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 于蓮芝;劉海寧;胡嬋娟;薛震;柏語蔓
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01S15/58;G01S15/06;G01S7/539
• 代理公司: 上海瑞澤律師事務所 31281
• 代理人: 寧芝華

本發明涉及一種未知環境內移動機器人探測動態障礙物移動速度的方法，由計算機和單片機控制的移動機器人系統組成。移動機器人系統的超聲波發生器以一定的頻率和速度發射多組兩兩連續的超聲波到前方同一障礙物體，通過每組兩個回波信號獲取超聲波從發射到接收的時間，計算出回波信息時間障礙物與移動機器人之間的距離、障礙物移動速度和方向；再將多組信息進行兩兩信息融合計算，精確算出動態障礙物移動的速度和方向，移動機器人系統再將獲得的信息和計算數據傳輸至計算機，進行數據濾波和分析計算，最終得到更加準確的測量結果，反饋到移動機器人系統，達到自主避障移動控制目的。本發明方法計算速度快，結果精確，系統造價低，便于推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種未知環境內移動機器人測量動態障礙物移動速度的方法，實現移動機器人自主避障移動，屬于移動機器人技術領域。

背景技術

代替人類的勞動，移動機器人在各領域的研究和應用得到了迅速發展，移動機器人是機器人技術發展的一個方面。對移動機器人自主避障移動控制的研究，可分為已知環境內移動機器人的路徑規劃和未知環境內移動機器人的自主避障移動控制。對已知環境內移動機器人路徑規劃已有廣泛的算法理論研究，主要研究方法是在已知障礙物分布區域內，搜索從起始點到目標點的最佳路徑；主要算法有柵格法，人工勢場法，及智能搜索算法，如粒子群算法、遺傳算法等。移動機器人在未知環境內的移動或在有動態障礙物的未知環境內的移動的研究是具有挑戰性的難點問題，目前有基于圖像視覺導航控制的研究，可以獲得移動區域內某一時刻的環境信息，但因圖像信息量大，圖像分析處理難，限制了移動機器人的實時控制。目前，已成功應用于機載、艦或自動駕駛的激光雷達，也可以獲得探測區域內的障礙物的位置、速度、姿態等信息，但除了系統造價昂貴外，其幾十千克的重量也難以應用于微小型移動機器人系統。現有的移動機器人常用激光測距、超聲波測距，未見有開發其測速功能，不能探知環境內障礙物的移動狀態，因此必須使環境內移動機器人緩慢移動，以避免因快速移動難于控制而與探測區域內的障礙物發生碰撞，從而限制了移動機器人的實際應用和發展。

發明內容

本發明公開了一種未知環境內移動機器人測量動態障礙物移動速度的方法，由上位計算機和移動機器人系統組成，所述的移動機器人系統由移動機器人本體，單片機控制單元和超聲波發生器三個部分組成。在測量動態障礙物移動速度的方法上，由于采用多組連續發射兩個超聲波的方法，通過接收超聲波回波信號的時間信息，計算移動機器人與障礙物之間的位移，精確算出動態障礙物移動速度和方向，達到自主避障目的。本發明可以有效克服現有技術使用的超聲波測速法誤差大，不能有效克服移動機器人與障礙物的碰撞、若采用圖像視覺導航系統，圖像分析處理困難，計算時間慢于障礙物移動變化，以及激光雷達測試系統造價昂貴等缺陷。本發明采用多組連續發射兩個超聲波的方法可準確確定動態障礙物的運動方向；通過融合連續發生的超聲波獲得速度值，可獲得高精度的障礙物移動速度測量結果。

本發明內容是這樣實現的：

一種未知環境內移動機器人探測動態障礙物移動速度的方法，由計算機和單片機控制的移動機器人系統組成；所述移動機器人系統由移動機器人本體、單片機控制單元和超聲波發生器組成。移動機器人可進行自主移動；移動機器人的超聲波發生器向移動機器人移動方向發射超聲波，若探測區域內存在障礙物，則可根據接收到的回波信息計算出移動機器人與被測障礙物之間的距離、移動方向和移動速度。

A )所述的超聲波發生器以一定的頻率和速度發射電磁波，且至少連續發射兩個超聲波脈沖到前方同一障礙物體，通過該兩個連續超聲波發生的回波信號獲取超聲波從發射到接收的時間、，，通過、計算獲得回波信息時障礙物與移動機器人之間的距離：

(1)

(2)

式中，是障礙物的移動速度；