[發明專利]機器人超聲波傳感器障礙物檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202110030619.7
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112782706B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 崔欣;高明;馬辰
• 申請（專利權）人: 山東新一代信息產業技術研究院有限公司
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 孫園園

本發明公開了機器人超聲波傳感器障礙物檢測方法及系統，屬于機器人及嵌入式系統領域，本發明要解決的技術問題為如何使機器人更加準確地進行避障，采用的技術方案為：該方法是采用機器人的FPGA處理器平臺進行數據的實時計算和處理，在FPGA內部采用Verilog硬件描述語言進行數字邏輯設計；具體如下：超聲波傳感器變視野測量及超聲波傳感器轉動測量；經過t時間后距離測量；經過t時間后記錄實時距離值；根據卡爾曼濾波算法，計算得到當前距離值的最優估算；迭代運算，獲得距離最優估計值；更新柵格地圖并決策避障；FPGA處理器平臺向機器人導航控制模塊提供決策依據，實現機器人精準避障。

技術領域

本發明涉及機器人及嵌入式系統領域，具體地說是機器人超聲波傳感器障礙物檢測方法及系統。

背景技術

機器人(Robot)是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器。機器人具有感知、決策、執行等基本特征，可以輔助甚至替代人類完成危險、繁重、復雜的工作，提高工作效率與質量，服務人類生活，擴大或延伸人的活動及能力范圍。

機器人采用超聲波傳感器進行避障時，多采用概率模型進行建模，按照概率模型估計柵格內存在障礙物的可能性，并認為在中心線處障礙物存在的概率最大。但是該避障方法存在如下缺點：

由于對中心以外柵格進行概率模型粗略估計，離實際位置可能存在較大誤差，測量出的障礙物位置仍只能大概率反映出障礙物存在于檢測扇形范圍內，而不能檢測到障礙物在扇形區域內的位置。

故如何使機器人更加準確地進行避障是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的技術任務是提供機器人超聲波傳感器障礙物檢測方法及系統，來解決如何使機器人更加準確地進行避障的問題。

本發明的技術任務是按以下方式實現的，一種機器人超聲波傳感器障礙物檢測方法，該方法是采用機器人的FPGA處理器平臺進行數據的實時計算和處理，在FPGA內部采用Verilog硬件描述語言進行數字邏輯設計；具體如下：

超聲波傳感器變視野測量及超聲波傳感器轉動測量；

經過t時間后距離測量；

經過t時間后記錄實時距離值；

根據卡爾曼濾波算法，計算得到當前距離值的最優估算；

迭代運算，獲得距離最優估計值；

更新柵格地圖并決策避障；

FPGA處理器平臺向機器人導航控制模塊提供決策依據，實現機器人精準避障。

作為優選，超聲波傳感器變視野測量及超聲波傳感器轉動測量具體如下：

超聲波傳感器發射接收器以5cm/s線速度、以固定點為中心、以豎直線為軸、以機器人頭部向前方向左右40度為最大角度左右反復轉動；

在超聲波傳感器發射接收口軸心兩邊增加遮擋板，限制發射接收視角角度，控制遮擋板及視角角度以40°/s的速度從0度開始不斷變大至20度、再不斷變小至0度，如此反復變化，記錄每輪視野變化中每個時刻傳感器讀數及每輪視野變化中視角趨近于0時超聲波傳感器中心讀數；

由于讀數會受視野大小、障礙物位置影響及傳感器本身誤差，測量結果存在誤差，選取連續五次視野變化運動中視野角度為5°的讀數浮動較小的讀數，取其均值，作為近似準確讀數S1；

檢測結果隨著快速運動在本輪視野變化運動中統計值近似呈正態分布概率模型，此時距離估計值概率分布表示為：

其中，表示改變視野時距離測量方差,預先采用超聲波傳感器進行多次小視野角度測量得到；N表示正態分布。

作為優選，經過t時間后距離測量具體如下：