智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及智能機(jī)器人領(lǐng)域，提出一種智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括小車、電源、傳感器、電機(jī)和控制裝置，電源分別連接到小車、傳感器和控制裝置進(jìn)行供電，傳感器和電機(jī)分別與控制裝置連接；傳感器包括超聲波傳感器和紅外線傳感器，其中，超聲波傳感器位于小車車頭的中間位置，紅外線傳感器采用兩個(gè)，分別位于小車車頭的左右兩側(cè)。本實(shí)用新型系統(tǒng)的硬件采用多部件協(xié)調(diào)配合，可使智能小車具有較高的自適應(yīng)能力。
【專利說明】智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)，屬于智能機(jī)器人領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人技術(shù)是與多門基礎(chǔ)學(xué)科聯(lián)系緊密、相互促進(jìn)和相互發(fā)展的前沿技術(shù)，是集計(jì)算機(jī)、力學(xué)、生理學(xué)、控制論、人工智能、傳感技術(shù)等于一體的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛，除了傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人的應(yīng)用也涉及到我們生活的方方面面，如軍事、娛樂、服務(wù)、醫(yī)療等。
[0003]隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)器人的要求也越來越高，機(jī)器人的智能化已成為當(dāng)今的熱點(diǎn)。智能車作為一種四輪驅(qū)動(dòng)的感知機(jī)器人，它行動(dòng)靈活、操作方便，車上可集成各種精密傳感器數(shù)據(jù)處理模塊，其避障功能保證了智能小車在行進(jìn)過程中行進(jìn)方向的自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免發(fā)生碰撞，是智能小車的重要組成部分。
[0004]目前，智能小車大多采用單個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)單面避障，但單面避障存在著障礙物探測(cè)緩慢、探測(cè)面窄、避障成功率較低等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可靠的智能小車的復(fù)合式避障系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為:
[0007]智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)，包括小車、電源、傳感器、電機(jī)和控制裝置，電源分別連接到小車、傳感器和控制裝置進(jìn)行供電，傳感器和電機(jī)分別與控制裝置連接；所述傳感器包括超聲波傳感器和紅外線傳感器，其中，超聲波傳感器位于小車車頭的中間位置，紅外線傳感器采用兩個(gè)，分別位于小車車頭的左右兩側(cè)。
[0008]所述電源、電機(jī)和控制裝置都安裝在小車上。
[0009]所述超聲波傳感器的發(fā)射電路包括單片機(jī)、MAX232芯片及超聲波發(fā)射頭，超聲波傳感器的接收電路包括運(yùn)算放大器及超聲波接收器。
[0010]相比現(xiàn)有智能小車采用單個(gè)傳感器的技術(shù)，本實(shí)用新型通過采用兩種不同的傳感器，使得智能小車能夠全方位地探測(cè)前方的障礙物，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的復(fù)合式避障，具有較高的自適應(yīng)能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電路圖；
[0013]圖3是超聲波傳感器的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)采用超聲波單點(diǎn)避障與紅外線雙路交叉避障相結(jié)合的模式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的復(fù)合式有效避障。為此，在小車I中間設(shè)置一個(gè)超聲波傳感器2，實(shí)現(xiàn)小車I前方障礙物的探測(cè)；為更精確檢測(cè)小車I前方并顧及左右兩側(cè)障礙物，在智能小車I的前端設(shè)置左右兩個(gè)紅外線傳感器3，它們交叉探測(cè)小車兩側(cè)障礙物，有效擴(kuò)大了探測(cè)范圍，從而實(shí)現(xiàn)智能小車I的復(fù)合式避障。傳感器位置詳見圖1。電源、電機(jī)、傳感器和控制裝置都安裝在小車I上，電源分別給小車1、傳感器和控制裝置進(jìn)行供電，控制裝置控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和傳感器的數(shù)據(jù)采集。
[0015]利用上述智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)，避障小車在行進(jìn)過程中，傳感器不斷探測(cè)小車周圍的障礙物。當(dāng)傳感器探測(cè)到障礙物時(shí)，通過判斷探測(cè)到障礙物的傳感器的數(shù)量，來實(shí)現(xiàn)小車復(fù)合式自動(dòng)避障，具體如下:
[0016](I)單個(gè)傳感器檢測(cè)到障礙物:當(dāng)超聲波傳感器2檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車I默認(rèn)向左側(cè)轉(zhuǎn)向，當(dāng)只有一側(cè)紅外線傳感器3檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車向沒有障礙物另一側(cè)轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)向后當(dāng)所有傳感器均不再檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車恢復(fù)直行。
[0017](2)兩個(gè)傳感器檢測(cè)到障礙物:當(dāng)兩個(gè)傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，小車I向未檢測(cè)到障礙物方向轉(zhuǎn)向。若右側(cè)紅外線傳感器3未檢測(cè)到障礙物,小車I向右轉(zhuǎn)向；若超聲波傳感器2未檢測(cè)到障礙物，小車I繼續(xù)直行；若左側(cè)紅外線傳感器3未檢測(cè)到障礙物，小車I向左側(cè)轉(zhuǎn)向。在小車I遠(yuǎn)離障礙物之后，小車I恢復(fù)直行。
[0018](3)三個(gè)傳感器檢測(cè)到障礙物:當(dāng)三個(gè)傳感器均檢測(cè)到障礙物時(shí)，即小車I遇到墻角或前方大片障礙物，此時(shí)小車切換到急轉(zhuǎn)彎模式，小車默認(rèn)原地左轉(zhuǎn)彎，若在急轉(zhuǎn)彎中，傳感器均不再檢測(cè)到障礙物，則說明障礙物已轉(zhuǎn)到小車右側(cè)，小車切換到前進(jìn)模式，恢復(fù)直行。
[0019]超聲波傳感器2和紅外線傳感器3實(shí)時(shí)獲得智能小車前方和兩側(cè)與障礙物之間的距離，發(fā)送給控制裝置，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送相應(yīng)的控制指令，從而驅(qū)動(dòng)智能小車I產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。
[0020]小車采用雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，通過控制左右兩側(cè)直流電機(jī)來控制小車的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向。直流電機(jī)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，如圖2所示。雙路全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的最大輸出電流為4A，并具有過溫保護(hù)功能和較高的噪聲抑制比。二路輸出可以滿足小車的左右直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。通過對(duì)L298N三個(gè)輸入口的電平輸入可控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于芯片L298N并不提供對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式，因此，通過核心控制模塊調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM信號(hào)，改變電機(jī)輸出功率，從而控制左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0021]控制裝置的核心是一片atmega328單片機(jī)。此芯片負(fù)責(zé)接收超聲波傳感器2和紅外線傳感器3的數(shù)據(jù)，同時(shí)完成對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的控制。
[0022]如圖3所示。超聲波傳感器I的發(fā)射電路由Em78pl53單片機(jī)、MAX232及超聲波發(fā)射頭T40等組成，探測(cè)時(shí)，發(fā)送器將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超聲波能量，并向空中輻射。接收器接收超聲波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，并將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測(cè)。接收電路由TL074運(yùn)算放大器及超聲波接收器R40等組成。
[0023]紅外線傳感器3采用夏普GP2Y0A02YK0F紅外測(cè)距傳感器，紅外線測(cè)距其優(yōu)點(diǎn)是無盲區(qū)、測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快、方向性強(qiáng)，但其缺點(diǎn)受環(huán)境影響較大、探測(cè)距離較近。
[0024]因此本實(shí)用新型采用紅外線傳感器與超聲波傳感器互補(bǔ)，使智能小車具有精確的o frrl ΤΠ )- w.
【權(quán)利要求】
1.智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)，包括小車、電源、傳感器、電機(jī)和控制裝置，其特征在于，電源分別連接到小車、傳感器和控制裝置進(jìn)行供電，傳感器和電機(jī)分別與控制裝置連接；所述傳感器包括超聲波傳感器和紅外線傳感器，其中，超聲波傳感器位于小車車頭的中間位置，紅外線傳感器采用兩個(gè)，分別位于小車車頭的左右兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)，其特征在于，所述電源、電機(jī)和控制裝置都安裝在小車上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能小車復(fù)合式避障系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波傳感器的發(fā)射電路包括單片機(jī)、MAX232芯片及超聲波發(fā)射頭，超聲波傳感器的接收電路包括運(yùn)算放大器及超聲波接收器。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK204009577SQ201420180001
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】顧志華, 徐曉慧, 印禹, 張金龍 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)