全向探测系统及方法与流程

本发明属于智能感知技术领域，更具体地说，是涉及一种全向探测系统及方法。

背景技术：

随着仓储、物流等行业的快速发展以及人们对于高品质生活的不断追求，近年来，以智能感知为代表的移动机器人得到了飞速的发展。

为了实现周围环境的全向探测，现有的移动机器人一般将可实现360度全向探测的传感器布置于机器人顶部，实现移动机器人周围环境的感知。但是，探测传感器布置在机器人顶部，不仅探测不到高度低于机器人或与机器人高度相当的障碍物，而且，在移动机器人应用到仓储、物流行业时，顶部的探测传感器会限制放置在机器人顶部货物的大小。并且，若探测器布置于移动机器人顶部，机器人顶部放置的货物会阻挡探测传感器的部分探测路径，影响探测传感器感知范围，限制了移动机器人的应用范围。现有技术中也存在将探测传感器布置于机器人四周来解决上述问题，但是在探测传感器交叉探测区域内，不同传感器之间的信号干扰，对移动机器人感知周围环境的准确性产生了影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全向探测系统及方法，以解决现有技术中存在的如何提高全向探测的准确性的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种全向探测系统，该全向探测系统应用于移动机器人，包括：

多个探测传感器，所述多个探测传感器设置于所述移动机器人上，用于对所述移动机器人周围环境进行全向探测；

数据存储模块，用于存储各个探测传感器的物理参数与回传数据；

数据计算模块，用于根据所述数据存储模块中的数据进行各个探测传感器预设参数的计算；

中心控制模块，用于根据所述数据计算模块的计算结果更新各个探测传感器的预设参数，以及用于控制将各个探测传感器的回传数据存储至数据存储模块；

其中，若两个探测传感器之间的探测区域存在交叉，则将探测区域存在交叉的两个探测传感器设置在所述移动机器人的不同高度上。

可选地，多个探测传感器在所述移动机器人上的设置方式为：

在所述移动机器人的正前方和正后方分别设置一个旋转扫描式激光雷达传感器；

在所述移动机器人的左侧方和右侧方分别设置一个激光测距传感器。

可选地，多个探测传感器在所述移动机器人上的设置方式为：

在所述移动机器人的正前方、正后方、左侧方和右侧方分别设置一个旋转扫描式激光雷达传感器。

可选地，多个探测传感器在所述移动机器人上的设置方式为：

在所述移动机器人的左前方和右后方分别设置一个旋转扫描式激光雷达传感器，或在所述移动机器人的右前方和左后方分别设置一个旋转扫描式激光雷达传感器。

可选地，所述各个传感器的预设参数包括探测传感器的数据更新速度，所述数据计算模块通过

计算所述数据更新速度，其中，nf为探测传感器每秒钟更新的帧数，tf为探测传感器每帧数据的更新速率；

探测传感器每帧数据的更新速率tf为，

其中，v为移动机器人的最大行进速度，lf为探测传感器更新一帧数据的时间内移动机器人的行进距离；

其中lf<lv，lv为相向而行的两个移动机器人的反应距离，

其中，tv为移动机器人处理突发事件的最长反应时间。

可选地，所述各个传感器的预设参数还包括探测传感器的测距精度，所述数据计算模块通过

es＝el-es

计算所述测距精度，其中，es为探测传感器的实际允许误差，el为探测传感器的理论允许误差，es为探移动机器人穿过缝隙时，实际轨迹与理论轨迹的偏差值；

探测传感器的理论允许误差el为，

其中，wl为移动机器人通过缝隙所需的最小缝隙宽度，w为移动机器人本身的宽度。

可选地，所述各个传感器的预设参数还包括探测传感器的角分辨率，所述数据计算模块通过

计算所述角分辨率θ，其中，hmin为探测传感器探测截面上的最小宽度，lmax为探测传感器所需的最大感知距离。

本发明实施例的另一方面，提供了一种应用于上述的全向探测系统的全向探测方法，包括：

确定各个探测传感器的类型，并根据各个探测传感器的类型确定各个探测传感器的探测区域；

根据各个探测传感器的探测区域确定各个探测传感器的安装位置和安装高度；

按照各个探测传感器的安装位置和安装高度对各个探测传感器进行安装，并基于各个探测传感器对移动机器人的周围环境进行全向探测。

可选地，所述确定各个探测传感器的类型，并根据各个探测传感器的类型确定各个探测传感器的探测区域，包括：

确定各个探测传感器的类型；

根据各个探测传感器的类型和预存储的各个探测传感器的物理参数，得到各个探测传感器的探测区域。

可选地，所述基于各个探测传感器对移动机器人的周围环境进行全向探测，包括：

确定各个探测传感器的预设参数；

基于所述预设参数对移动机器人的周围环境进行全向探测。

本发明实施例提供的全向探测系统及方法一方面通过设置多个探测传感器实现了移动机器人周围环境的360度全向探测，另一方面通过将多个探测传感器设置于移动机器人的不同高度有效避免了不同探测传感器之间的交叉干扰，更进一步地，通过对各个探测传感器预设参数的计算和更新，可更好地适应不同的移动机器人应用场景，实现对移动机器人周围环境的准确感知。由此可知，本发明实施例提供的全向探测系统及方法可有效提高移动机器人全向探测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的全向探测系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的全向探测系统的结构示意图；

图3为本发明再一实施例提供的全向探测系统的结构示意图；

图4为本发明又一实施例提供的全向探测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，图1为本发明一实施例提供的全向探测系统的结构示意图。一种全向探测系统，该全向探测系统应用于移动机器人100，包括：

多个探测传感器200，多个探测传感器200设置于移动机器人100上，用于对移动机器人100周围环境进行全向探测。

数据存储模块300，用于存储各个探测传感器200的物理参数与回传数据。

数据计算模块400，用于根据数据存储模块300中的数据进行各个探测传感器200预设参数的计算。

中心控制模块500，用于根据数据计算模400块的计算结果更新各个探测传感器200的预设参数，以及用于控制将各个探测传感器200的回传数据存储至数据存储模块300。

其中，若两个探测传感器之间的探测区域存在交叉，则将探测区域存在交叉的两个探测传感器设置在移动机器人100的不同高度上。

在本实施例中，多个探测传感器200的探测平面平行。通过将各个探测传感器200设置在移动机器人100的各个方向实现移动机器人100周围环境的360度全向探测。

其中，数据存储模块300、数据计算模块400、中心控制模块500可以通过无线通信装置与多个探测传感器200连接，也可通过有线通信装置与多个探测传感器200连接。可选地，数据存储模块300、数据计算模块400、中心控制模块500可以独立设置，也可与移动机器人100的相应模块联合设置。

在本实施例中，各个探测传感器的探测区域接触形式包括交叉或衔接。若两个探测传感器的探测区域的接触形式为交叉(即探测区域存在交叉)，则需将两个探测传感器设置于移动机器人的不同高度上。若两个探测传感器的探测区域的接触形式为衔接(即探测区域连接且不存在交叉部分)，则可将两个探测传感器设置于移动机器人的同一高度或不同高度上。

在本实施例中，探测传感器的设置高度低于移动机器人的高度。令探测传感器的设置高度低于移动机器人的机体高度以避免机器人遮挡探测传感器，或避免探测传感器限制放置在移动机器人顶部的货物的大小。

在本实施例中，多个探测传感器可以包括同类型的多个探测传感器，或不同类型的多个探测传感器。

在本实施例中，可使用多个旋转扫描式激光雷达传感器，多个激光雷达测距传感器，或旋转扫描式激光雷达传感器与激光雷达测距传感器的组合，此处不做限定。

从上述描述可知，本发明实施例提供的全向探测系统一方面通过设置多个探测传感器实现了移动机器人周围环境的360度全向探测，另一方面通过将多个探测传感器设置于移动机器人的不同高度有效避免了不同探测传感器之间的交叉干扰，更进一步地，通过对各个探测传感器预设参数的计算和更新，可更好地适应不同的移动机器人应用场景，实现对移动机器人周围环境的准确感知。由此可知，本发明实施例提供的全向探测系统可有效提高移动机器人全向探测的准确性。

可选地，请参考图2，作为本发明实施例提供的全向探测系统的一种具体实施方式，多个探测传感器200在移动机器人100上的设置方式可以为：

在移动机器人100的正前方设置用于探测移动机器人100前进方向上180度区域(也即探测区域201)的旋转扫描式激光雷达传感器。在移动机器人100的正后方设置用于探测移动机器人100前进反方向上180度区域(也即探测区域202)的旋转扫描式激光雷达传感器。在移动机器人100的左侧向设置用于探测垂直于移动机器人100前进方向上移动机器人100左侧障碍物的激光测距传感器23。在移动机器人100的右侧向设置用于探测垂直于移动机器人100前进方向上移动机器人100右侧障碍物的激光测距传感器24。

在本实施例中，两个旋转扫描式激光雷达传感器与两个激光测距传感器四者的探测平面无交叉，因此可根据需要将四个探测传感器设置于移动机器人100的同一高度上，也可将四个探测传感器设置于移动机器人100的不同高度上。

当四个探测传感器设置于移动机器人100的同一高度上时，四个探测传感器可形成同一个探测平面，实现移动机器人100周围环境的360度全向探测。

可选地，请参考图3，作为本发明实施例提供的全向探测系统的一种具体实施方式，多个探测传感器在移动机器人100上的设置方式可以为：

在移动机器人100的正前方设置用于探测移动机器人100前进方向上180度区域(也即探测区域205)的旋转扫描式激光雷达传感器(其中，此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径大于垂直于前进方向上移动机器人100的最大机体长度，且此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径范围覆盖垂直于前进方向上移动机器人100的最大机体长度范围)。

在移动机器人100的正后方设置用于探测移动机器人100前进反方向上180度区域(也即探测区域206)的旋转扫描式激光雷达传感器(其中，此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径大于垂直于前进方向上移动机器人100的最大机体长度，且此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径范围覆盖垂直于前进方向上移动机器人100的最大机体长度范围)。

在移动机器人100的左侧方设置用于探测移动机器人100左侧向方向上180度区域(也即探测区域207)的旋转扫描式激光雷达传感器(其中，此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径大于前进方向上移动机器人100的最大机体长度，且此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径范围覆盖前进方向上移动机器人100的最大机体长度范围)。

在移动机器人100的右侧方设置用于探测移动机器人100右侧向方向上180度区域(也即探测区域208)的旋转扫描式激光雷达传感器(其中，此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径大于前进方向上移动机器人100的最大机体长度，且此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径范围覆盖前进方向上移动机器人100的最大机体长度范围)。

在本实施例中，探测区域205与探测区域206不存在交叉区域，因此设置于移动机器人100正前方和正后方的旋转扫描式激光雷达传感器可以位于同一高度。探测区域207与探测区域208不存在交叉区域，因此设置于移动机器人100左侧方和右侧方的旋转扫描式激光雷达传感器可以位于同一高度。探测区域205与探测区域207、探测区域208存在交叉区域，探测区域206与探测区域207、探测区域208存在交叉区域，因此设置于移动机器人100正前方和正后方的旋转扫描式激光雷达传感器的设置高度与设置于移动机器人100左侧方和右侧方的旋转扫描式激光雷达传感器不同。也即只要保证探测区域交叉的探测传感器处于不同高度上即可。可选地，也可将四个方向上的旋转扫描式激光雷达传感器设置为四个不同的高度，此处不再赘述。

在本实施例中，四个方向的旋转扫描式激光雷达传感器的探测范围覆盖了移动机器人100的各个方向，实现了移动机器人100周围环境的360度全向探测。

可选地，请参考图4，作为本发明实施例提供的全向探测系统的一种具体实施方式，多个探测传感器在移动机器人上的设置方式可以为：

在移动机器人100的左前方设置用于探测移动机器人100的270度区域(也即探测区域209)的旋转扫描式激光雷达传感器(其中，此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径大于移动机器人100的最大机体长度，且此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径范围覆盖移动机器人100的最大机体长度范围)。

在移动机器人100的右后方设置用于探测移动机器人100的270度区域(也即探测区域210)的旋转扫描式激光雷达传感器(其中，此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径大于移动机器人100的最大机体长度，且此方向上旋转扫描式激光雷达传感器的扫描直径范围覆盖移动机器人100的最大机体长度范围)。

在本实施例中，两个旋转扫描式激光雷达传感器的探测区域存在交叉，因此可将两个旋转扫描式激光雷达传感器设置于移动机器人100的不同高度上。两个旋转扫描式激光雷达传感器的探测区域覆盖了移动机器人100的各个方向，实现了移动机器人100周围环境的360度全向探测。

或分别在移动机器人100的右前方和左后方设置探测270度区域的旋转扫描式激光雷达传感器，原理与上述在移动机器人100的左前方和右后方设置探测270度区域的旋转扫描式激光雷达传感器的原理类似，此处不再赘述。

可选地，作为本发明实施例提供的全向探测系统的一种具体实施方式，各个传感器的预设参数包括探测传感器的数据更新速度，数据计算模块通过：

计算数据更新速度，其中，nf为探测传感器每秒钟更新的帧数，tf为探测传感器每帧数据的更新速率。

探测传感器每帧数据的更新速率tf为，

其中，v为移动机器人的最大行进速度，lf为探测传感器更新一帧数据的时间内移动机器人的行进距离。

其中lf<lv，lv为相向而行的两个移动机器人的反应距离，

其中，tv为移动机器人处理突发事件的最长反应时间。

可选地，作为本发明实施例提供的全向探测系统的一种具体实施方式，各个传感器的预设参数还包括探测传感器的测距精度，数据计算模块通过

es＝el-es

计算测距精度，其中，es为探测传感器的实际允许误差，el为探测传感器的理论允许误差，es为探移动机器人穿过缝隙时，实际轨迹与理论轨迹的偏差值。

探测传感器的理论允许误差el为，

其中，wl为移动机器人通过缝隙所需的最小缝隙宽度，w为移动机器人本身的宽度。

可选地，作为本发明实施例提供的全向探测系统的一种具体实施方式，各个传感器的预设参数还包括探测传感器的角分辨率，数据计算模块通过

计算角分辨率θ，其中，hmin为探测传感器探测截面上的最小宽度，lmax为探测传感器所需的最大感知距离。

本发明实施例的另一方面，提供了一种应用于上述的全向探测系统的全向探测方法，包括：

确定各个探测传感器的类型，并根据各个探测传感器的类型确定各个探测传感器的探测区域。

根据各个探测传感器的探测区域确定各个探测传感器的安装位置和安装高度。

按照各个探测传感器的安装位置和安装高度对各个探测传感器进行安装，并基于各个探测传感器对移动机器人的周围环境进行全向探测。

可选地，作为本发明实施例提供的全向探测方法的一种具体实施方式，确定各个探测传感器的类型，并根据各个探测传感器的类型确定各个探测传感器的探测区域，包括：

确定各个探测传感器的类型。

根据各个探测传感器的类型和预存储的各个探测传感器的物理参数，得到各个探测传感器的探测区域。

可选地，作为本发明实施例提供的全向探测方法的一种具体实施方式，基于各个探测传感器对移动机器人的周围环境进行全向探测，包括：

确定各个探测传感器的预设参数。

基于预设参数对移动机器人的周围环境进行全向探测。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。