[发明专利]一种环境内移动机器人实时探测障碍物移动状态的方法

权利要求书

1.一种环境内移动机器人实时探测障碍物移动状态的方法，由上位计算机和移动机器人系统组成；所述的移动机器人系统包括移动机器人本体，单片机控制单元和超声波发生器；获取障碍物移动状态的方法是：超声波发生器向前方同一障碍物连续发射多组，每组至少两个连续超声波脉冲，获取至少两个超声波的回波时间，计算时间差值，将该时间差值与导出的表达式值进行比较，并依据计算公式分别计算出障碍物的移动速度和移动方向，以及接收到的最后一个回波信息时障碍物与机器人之间的距离；实时控制移动机器人进行自身移动速度和方向的动态调整，其特征在于具体实施方法如下：

A )所述移动机器人初始移动速度和方向为已知，障碍物的移动速度和方向为动态变化，超声波发生器以一定的频率和波速向前方同一障碍物连续发射至少两个超声波电磁波，通过该两个连续超声波发生的回波信号，由机器人单片机控制单元获得超声波两个回波时间、；

B）如获得的两个连续回波信息时间差为：

(1)

式中v₁为移动机器人向探测方向的移动速度；

则（1）式为障碍物静止状态，因为当被探测障碍物处于静止状态时，与回波时间对应的移动机器人与障碍物之间的距离分别为：

(2)

(3)

式中，，，分别是两个连续发送的超声波测得的障碍物与移动机器人之间的距离；

两个连续超声波脉冲间隔时间为, 该间隔时间内移动机器人以速度向前移动距离为，则有：

(4)

则由式(4)、(5)、(6)即可得到式(3)，即当机器人以速度向前方移动，发射的两个连续超生波的回波时间差为式(3)表达式的值时，所探测到的障碍物沿机器人移动方向处于静止状态；

(2) 如获得的两个连续回波信息时间差，且有：

(5)

则可判定此时所探测到障碍物沿机器人移动方向一定处于与机器人相向移动的运动状态，此时接收到回波时移动机器人与障碍物之间的距离，分别为超声波的去程减去移动机器人在发射和接收超生波时间内向前方移动的距离，再减去超声波回程时间段内障碍物向机器人移动的距离，表示为：

(6)

(7)

式中，是被测障碍物的移动速度；

同理，因两个连续超生波脉冲间隔时间为， 该间隔时间内移动机器人以速度向前移动距离为，障碍物以速度向移动机器人移动， 则有：

(8)

由式(6)、(7)、(8)可得到被测障碍物的移动速度为：

(9)

(3) 如获得的两个连续回波信息时间差：

(10)

与式（1）障碍物静止状态相比，第二回波时间变长，则说明此时所探测到障碍物向远离机器人方向移动，即沿机器人移动方向一定处于与机器人同向移动的运动状态；

接收到回波时移动机器人与障碍物之间的距离，分别为超声波的去程距离与超声波回程时间段内障碍物向机器人移动的距离之和，再减去移动机器人在发射和接收超声波时间内向前方移动的距离，表示为：

(11)

(12)

同理两个连续超生波脉冲间隔时间为, 该间隔时间内移动机器人以速度向前移动距离为，障碍物以速度v₂向远离移动机器人的方向移动， 则有：

(13)

由式(11)、(12)、(13)可得到被测障碍物远离移动机器人的移动速度为：

(14)

C)对于依次获得的多组回波信息，可按B)的方法进行两两计算或融合计算，得到被测障碍物的融合速度或平均移动速度；

D)移动机器人单片机控制单元将获得回波信息的多组时间值，通过数据采集卡或以无线方式进行传输至计算机，依据给出的计算方法进行数据滤波处理和数据分析计算，获得更加准确的测量结果，再反馈到移动机器人系统，保证其在安全距离内快速移动并安全避障。