[发明专利]一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置

说明书

技术领域

本发明属于光学探测领域，特别是涉及一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展，家用机器人随之流行。在家用机器人行走过程中需要及时发现周围障碍物进行躲避，目前在避障模块中多使用超声波探测模块，但现有的超声波探测模块存在测量精度低、范围小、发现周围障碍物的能力差，出错率高等问题，机器人在行走过程总发生碰撞，容易造成机器人损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，用于行走机器人探测周围障碍物信息，避免机器人行走过程总发生碰撞、倾倒及损坏，达到机器人行走安全的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，其特征是：包括探测激光驱动单元、探测发射光学系统、探测接收光学系统、探测控制单元、微处理器及通信单元，其中微处理器连接通信单元和探测控制单元；探测控制单元连接探测激光驱动单元、探测发射光学系统及探测接收光学系统，且探测激光驱动单元驱动探测发射光学系统发射脉冲激光；通信单元与机器人行走控制单元通信连接；

其中探测激光驱动单元包括反激式电源控制器、第一MOS管、变压器、二极管、滤波电路、脉冲激光器、第二MOS管、逻辑器件、延迟线及MOS管驱动器，所述第一MOS管连接反激式电源控制器和变压器；所述二极管连接变压器与滤波电路；所述脉冲激光器分别与滤波电路、反激式电源控制器及第二MOS管连接；所述延迟线连接逻辑器件与MOS管驱动器；所述MOS管驱动器与第二MOS管连接；

其中探测发射光学系统包括脉冲半导体激光器、平板玻璃、凸透镜Ⅰ、PIN光电探测器及光电转换电路Ⅰ，所述平板玻璃位于脉冲半导体激光器发射脉冲激光的路线上；所述凸透镜Ⅰ位于平板玻璃的透射光路上；所述PIN光电探测器位于平板玻璃的反射光路上，PIN光电探测器与光电转换电路Ⅰ连接；

其中探测接收光学系统包括APD光电探测器、窄带滤光片、凸透镜Ⅱ、凸透镜Ⅲ及光电转换电路Ⅱ，所述凸透镜Ⅲ、凸透镜Ⅱ、窄带滤光片及APD光电探测器沿从障碍物反射的激光光路方向顺次设置，其中APD光电探测器与光电转换电路Ⅱ连接；

其中探测控制单元包括第一差分转换器、第二差分转换器及数字逻辑芯片，所述第一差分转换器一端与探测发射光学系统连接，另一端与数字逻辑芯片连接；所述第二差分转换器一端与探测接收光学系统连接，另一端与数字逻辑芯片连接。

进一步，所述探测激光驱动单元采用窄脉冲高压驱动脉冲激光器，驱动电压为100V～500V、脉冲宽度为10ns～100ns、驱动电流为0～30A。

进一步，所述脉冲半导体激光器用以产生波长为850nm～950nm、脉冲宽度为0～100ns、峰值功率为0～50W的脉冲激光。

进一步，所述光电转换电路和光电转换电路均包括阻抗放大器、限幅放大器以及PECL转换电路，且阻抗放大器、限幅放大器以及PECL转换电路顺次连接。

进一步，所述窄带滤光片仅对所述脉冲半导体激光器发射的脉冲激光波长具有高透过率，对其他波长脉冲激光透过率低。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明采用模块化设计，结构紧凑，体积小，易于集成到整个行走机器人中，有利于整体系统的结构设计。本发明精度高，通过多次高频探测，及时发现障碍物信息，具有安全性高，稳定性好等特点，本发明使用激光照射目标范围通过检测接收光信号，进行障碍物的探测。与传统的超声波探测相比，激光具有测量精度高、范围大、出错率低等特点，与超声波探测模块相比，提高了周围障碍物发现的能力。

综上，本发明提出了一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置，用于行走机器人探测周围障碍物信息，避免机器人行走过程总发生碰撞，达到机器人行走安全的目的。

附图说明

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种基于激光探测技术的行走机器人碰撞预警装置结构示意图。

图2为探测激光驱动单元电路图。

图3为激光探测发射光学系统结构示意图。

图4为激光探测接收光学系统结构示意图。

图5为光电转换电路图。

图6为探测控制单元电路图。