[发明专利]一种应用于移动平台的超声波阵列避障系统

摘要

一种应用于移动平台的超声波阵列避障系统，包括STM32处理器，电源模块，温度补偿模块，电机驱动模块，测速模块，通信模块以及超声波测距模块，其中超声波测距模块由六个超声波传感器组成，每个传感器均由超声波发射电路及超声波接收电路构成。通过超声波阵列计算和避障算法推导，首先加载尽量少的超声波传感器合理覆盖移动平台运动方向上的检测区域，以更少的资源实现较大体积移动平台的自主避障控制；其次可以减小甚至避免检测盲区对成功避障的干扰，提高移动平台安全性和智能性；最后本发明超声波阵列具有较好的避障效果，并具有较好的拓展性和实用价值。

主权项

1.一种应用于移动平台的超声波阵列避障系统，其特征是包括STM32处理器，电源模块，温度补偿模块，电机驱动模块，测速模块，通信模块以及超声波测距模块，其中超声波测距模块由六个超声波传感器组成，每个传感器均由超声波发射电路及超声波接收电路构成；所述的超声波传感器设置位置：首先超声波传感器一和超声波传感器二分别用来检测移动平台左前方和左方区域，超声波传感器一摆放在超声波传感器二上面，共同摆放在移动平台后端的最左侧；超声波传感器三和超声波传感器四用来检测移动平台正前方区域，分别摆放在移动平台后端(1/4)X和(3/4)X处；超声波传感器五和超声波传感器六分别用来检测移动平台左方和左前方区域，超声波传感器六摆放在超声波传感器五上面，共同摆放在移动平台后端的最右侧；然后以水平为基准，超声波传感器一逆时针旋转3α/2，超声波传感器二逆时针旋转α/2，超声波传感器三顺时针旋转β，超声波传感器四逆时针旋转δ，超声波传感器五顺时针旋转α/2，超声波传感器六顺时针旋转3α/2；其中，X为移动平台宽度；角度α为超声波传感器的波束角，10°＜α＜30°；角度β=∠f‑(90°‑α/2)；角度δ=∠f‑(90°‑α/2)；角度f计算如下：令EA=FD即AC * tan∠e = CD * tan∠fAC * tan∠（180°‑α‑∠f）=CD * tan∠f其中，∠e为三角形EAC中边EA所对应的内角，∠f为三角形FDC中边FD所对应的内角，A、B、C、D四个点分别为超声波传感器一，超声波传感器三，超声波传感器四，超声波传感器六摆放位置的中点，E点为超声波传感器三的波束角的左边沿与移动平台左侧前向延长线的交点，F点为超声波传感器四的波束角的右边沿与移动平台右侧前向延长线的交点，角度f大小要满足EA=FD；故公式中AC、CD、α均为已知，可由条件等式解出∠f；避障过程是：首先根据超声波传感器三和超声波传感器四测量到的障碍物的距离，采用二分法判断移动平台前方障碍物是偏左还是偏右，再根据其他超声波传感器测量到的障碍物的距离，用模糊控制的方法确定移动平台转动的角度；设J为检测距离，则近是指0＜J＜N，远是指N＜J＜L，很远是指J＞L，其中N=X/sin（2α）厘米，L=X/sin(α)厘米，X为平台宽度，α为超声波传感器波束角；设距离i，i=1，2，3，4，5，6为超声波传感器j，j为一、二、三、四、五、六检测到障碍物的距离；首先，检测距离3和距离4，若两者均大于L厘米，则该障碍物不在考虑范围内，移动平台继续保持前行；否则，移动平台需要对该障碍物进行避障处理，具体避障方法如下：若距离3大于距离4则进入避障状态1，否则进入避障状态2；避障状态1：情况一：检测距离1和距离2，若距离1且距离2均大于N厘米，进一步检测距离1，若距离1大于L厘米则移动平台左转2α；否则检测距离5和距离6，若距离5大于N厘米且距离6大于L厘米则移动平台右转2α，否则移动平台左转并同时检测距离1和距离2，若距离1且距离2均大于N厘米则移动平台左转至4α，否则移动平台停止运动，返回避障状态重新检测距离3和距离4；情况二：检测距离1和距离2，若距离1或距离2小于N厘米，则检测距离5和距离6，若距离5或距离6小于N厘米则移动平台停止运动；否则进一步检测距离6，若距离6大于L厘米则移动平台右转2α，否则移动平台右转并同时检测距离5和距离6，若距离5且距离6均大于N厘米则移动平台右转至4α，否则移动平台停止运动；返回避障状态重新检测距离3和距离4；避障状态2：情况一：检测距离5和距离6，若距离5且距离6均大于N厘米，进一步检测距离6，若距离6大于L厘米则移动平台右转2α；否则检测距离1和距离2，若距离2大于N厘米且距离1大于L厘米则移动平台左转2α，否则移动平台右转并同时检测距离5和距离6，若距离5且距离6均大于N厘米则移动平台右转至4α，否则移动平台停止运动，返回避障状态重新检测距离3和距离4；情况二：检测距离5和距离6，若距离5或距离6小于N厘米，则检测距离1和距离2，若距离1或距离2小于N厘米则移动平台停止运动；否则进一步检测距离1，若距离1大于L厘米则移动平台左转2α，否则移动平台左转并同时检测距离1和距离2，若距离1且距离2均大于N厘米则移动平台左转至4α，否则移动平台停止运动；返回避障状态重新检测距离3和距离。