[发明专利]机器人超声波传感器障碍物检测方法及系统

说明书

本发明公开了机器人超声波传感器障碍物检测方法及系统，属于机器人及嵌入式系统领域，本发明要解决的技术问题为如何使机器人更加准确地进行避障，采用的技术方案为：该方法是采用机器人的FPGA处理器平台进行数据的实时计算和处理，在FPGA内部采用Verilog硬件描述语言进行数字逻辑设计；具体如下：超声波传感器变视野测量及超声波传感器转动测量；经过t时间后距离测量；经过t时间后记录实时距离值；根据卡尔曼滤波算法，计算得到当前距离值的最优估算；迭代运算，获得距离最优估计值；更新栅格地图并决策避障；FPGA处理器平台向机器人导航控制模块提供决策依据，实现机器人精准避障。

技术领域

本发明涉及机器人及嵌入式系统领域，具体地说是机器人超声波传感器障碍物检测方法及系统。

背景技术

机器人(Robot)是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

机器人采用超声波传感器进行避障时，多采用概率模型进行建模，按照概率模型估计栅格内存在障碍物的可能性，并认为在中心线处障碍物存在的概率最大。但是该避障方法存在如下缺点：

由于对中心以外栅格进行概率模型粗略估计，离实际位置可能存在较大误差，测量出的障碍物位置仍只能大概率反映出障碍物存在于检测扇形范围内，而不能检测到障碍物在扇形区域内的位置。

故如何使机器人更加准确地进行避障是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是提供机器人超声波传感器障碍物检测方法及系统，来解决如何使机器人更加准确地进行避障的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种机器人超声波传感器障碍物检测方法，该方法是采用机器人的FPGA处理器平台进行数据的实时计算和处理，在FPGA内部采用Verilog硬件描述语言进行数字逻辑设计；具体如下：

超声波传感器变视野测量及超声波传感器转动测量；

经过t时间后距离测量；

经过t时间后记录实时距离值；

根据卡尔曼滤波算法，计算得到当前距离值的最优估算；

迭代运算，获得距离最优估计值；

更新栅格地图并决策避障；

FPGA处理器平台向机器人导航控制模块提供决策依据，实现机器人精准避障。

作为优选，超声波传感器变视野测量及超声波传感器转动测量具体如下：

超声波传感器发射接收器以5cm/s线速度、以固定点为中心、以竖直线为轴、以机器人头部向前方向左右40度为最大角度左右反复转动；

在超声波传感器发射接收口轴心两边增加遮挡板，限制发射接收视角角度，控制遮挡板及视角角度以40°/s的速度从0度开始不断变大至20度、再不断变小至0度，如此反复变化，记录每轮视野变化中每个时刻传感器读数及每轮视野变化中视角趋近于0时超声波传感器中心读数；

由于读数会受视野大小、障碍物位置影响及传感器本身误差，测量结果存在误差，选取连续五次视野变化运动中视野角度为5°的读数浮动较小的读数，取其均值，作为近似准确读数S1；

检测结果随着快速运动在本轮视野变化运动中统计值近似呈正态分布概率模型，此时距离估计值概率分布表示为：

其中，表示改变视野时距离测量方差,预先采用超声波传感器进行多次小视野角度测量得到；N表示正态分布。

作为优选，经过t时间后距离测量具体如下：