[发明专利]用于机器人跟踪与避障的超声波传感器系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是一种用于机器人跟踪与避障的超声波传感器系统的控制方法。

背景技术

目前，已有的应用超声波传感器实现目标跟踪的系统，通常采用辅助传感器或无线通讯设备实现移动目标和移动机器人之间的信号同步，进而测量移动目标与移动机器人之间的位置信息。已有的应用超声波传感器实现移动机器人避障功能的系统，通常采用直接控制或简单的延时实现避障超声波传感器之间的相互干扰。现有技术中没有在同一系统中同时实现跟踪与避障，究其原因在于超声波传感器本身噪声大，不易控制，当两种功能同时用超声波传感器实现时，数据的可靠性不可预测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种同时实现跟踪与避障功能的超声波传感器系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于机器人跟踪与避障的超声波传感器系统的控制方法，所述超声波传感器系统中包括三种传感器，分别为：避障用超声波传感器、移动目标用超声波传感器和用来接收目标信息的超声波传感器，分别简称为SA、ST和SR，以上所述超声波传感器的最大测距均为S，超声波的传播速度均为V，所述控制方法包括以下步骤：

第一步，信号同步及目标位置计算，具体步骤包括：

a.t1时刻，控制器关闭SR接收功能，控制SR发送超声波信号，等待Δt时间，SR开启接收功能；

b.ST发射接收功能同时开启，ST接收到SR的超声波信号后，等待Δt时间，

发射超声波信号；

c.SR在接收到ST的超声波信号后，记录当前时间t2；

d.ST相对于SR的距离为：

L＝(t2-t1-Δt)×t2

其中，Δt的取值满足：

Δt≥2S/V

第二步，将移动机器人上安装的SA依次编号为1，2，…，K，再将第一步中计算所得的目标位置与移动机器人中心连线，设距离连线最近的两个SA的编号为i，i+1，此时，将ST编号为i+1，编号为i+1的SA以及后续的SA重新编号为i+2，i+3，...，K+1；

第三步，为降低超声波传感器之间的干扰，对1，2，…，K+1编号的SA采用分组策略控制，具体步骤包括：

a.从i号传感器开始，以连续N个超声波传感器为一组，其中，N≥n，n满足：

将每组中的N个超声波传感器重新依次编号为1，2，3，…...，N；其中，α为相邻两个ST的安装偏角；θ为超声波传感器的辐射角度；

α_i+j为第i号与第j号这两个超声波传感器之间的安装偏角；

b.第一次分组后，将整个超声波传感器系统中编号相同的超声波传感器作为一组，重新分组为G1，G2，.....，GN，不考虑超声波的折射时，Gi组的超声波传感器可同时工作而不相互影响；若取N＝n，将使得超声波传感器系统的采样频率最高；

c.相邻的Gi组工作之间插入时间间隔Δt，由于超声波传感器最大有效探测距离的限制，传感器发射的超声波将在Δt时间后能量消耗殆尽，避免了不同组之间的超声波干扰；

第四步，完成一次数据采集后，运算跟踪和避障算法，然后跳至第二步循环。

一种用于机器人跟踪与避障的超声波传感器系统的控制方法，所述第三步中取N＝n，使得超声波探测系统的采样频率最高，此时，探测系统的工作频率为：

本发明具有如下技术效果：

本发明仅使用超声波传感器就同时实现了避障与跟踪双功能，有效降低了系统成本，采用本发明的控制方法，还可以有效降低超声波传感器之间的噪声干扰，提高传感器的可靠性，并且，本发明所述控制方法逻辑简单，容易实现。

附图说明

图1a为避障用超声波传感器和移动目标用超声波传感器安装示意的侧视图；

图1b为避障用超声波传感器和移动目标用超声波传感器安装示意的俯视图；

图2是避障用超声波传感器编号过程示意图；

图3是将移动目标用超声波传感器动态插入分组示意图；

图4是最终的Gi分组控制策略示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图2-4中的1-14标号为传感器的编号。