专利名称：物体的超声波传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物体的超声波传感器，主要用于机器人等机电类物体 在移动过程中感知障碍物或测距定位用。
背景技术：
对于移动的物体——比如机器人需在移动过程中测定机器人到墙壁或 障碍物的距离以确定机器人自身的方位，在实际使用中常常使用超声波或 光电等非接触型传感器，需在机器人外表周围安装多个，但由于超声波等非接触型传感器成本较高，故CN200410014702. 1的专利申请说明书中描述 了一种最省传感器的方案，仅一套朝向一个金字塔形反射体的收发一体的 超声波传感器，发射超声波信号后能在多个时间段上收到机器人前后左右 四个方向上返回的回波，从而计算出机器人里前后左右四个方向的边界或 障碍物的距离，但实际使用中，这套装置本身不能确定四个距离哪个是前 方的、哪个是后方的、哪个是左面的、哪个是右面的，尽管可以通过机器 人的移动过程四个数据的变化情况分析出来，但如果探测的边界不是线性 变化(数值难以预料)、或者探测的物体边界是斜的，没有超声波反射回 来、或者距离较长，回波太弱没有探测到，数据的分析可能出错，因此这 套装置有着不确定因素。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，设计改进的超声波传感器，数量尽 可能少，又能分别测定物体的前后方向、左右方向离墙壁或障碍物的距 离。本发明的目的是通过下述设计达到的在物体上设置两套传感器，一 套用于前后方向、 一套用于左右方向，每套传感器包括一个收发一体的超 声波探头，以及一个水平设置的有两个反射面相交呈"V"字形的反射体 (类似于横置的三棱柱，其截面为等腰直角三角形，反射面的截面构成直角三角形的直角边)，反射体的反射面整体均与水平面呈45度角，超声波探头朝向反射体。 一套传感器的反射面投影在左右方向， 一套传感器的反 射面投影在前后方向。这样设置后，超声波探头发出的超声波射向反射体，通过反射面的反射，超声波转过90度后射向物体的前后(或左右)两个方向，在遇到障碍 物或墙壁等物体后再反射回来，再通过反射面被超声波探头接收。通过两 套这样的超声波传感器，前后方向和左右方向的测量数据能够分别得到， 每个方向上仅是两个数据，通过移动方向和数据变化关系的分析，不难区 分具体的是哪个数据(如果只有接收到一个数据，可能是两个数据一致， 或另--个不能探测，比原来的方式(CN200410014702.1)出错的可能性小 的多)。虽然用了两套装置，但可以设定分别工作，超声波传感器测距所 必须的电子线路可共用一套，比CN200410014702. 1的专利申请说明书中描 述仅多一套二选一的控制电路多一套反射体和一个一体的超声波探头，成 本增加得不多，但可靠性大大提高了。
图1 图3为本发明的几种的机器人安装位置俯视图。图4 图6为本发明的两套传感器重叠安装方式的侧视图。图7为本分明中收发两个超声波探头的方式的三视图。图8为本分明中一个发射探头、两个接收探头方式的重叠安装侧视图。图9为本分明中一个发射探头、两个接收探头方式的另一种重叠安装 图10为图9的侧视图。
具体实施例方式在物体固定一个收发一体的超声波探头2，以及一个水平设置的有两 个反射面的呈"V"字形的反射体1，反射体的反射面整体均与水平面呈45 度角，超声波探头朝向反射体1。反射面一般为矩形，本身光滑，呈平面 也可呈凹或凸面，完整的测距系统可包括两套这样的超声波传感器， 一套 传感器的反射面投影在左右方向，用于测量左右方向， 一套传感器的反射 面投影在前后方向，用于测量前后方向。前后和左右两套超声波传感器也可合用一套超声波测距的后置电路 (包括功率元器件、运算放大器等等)，先让一套工作，稍后再让另一套 工作。但需一套二选一的控制电路。在一些特殊的场合，物体如果只需测定前后(或左右)方向上的一组 距离，用一套这样的传感器即可。本发明所指超声波探头并不限定只用收发一体的超声波探头2，也可 用一个发射探头3、 一个接收探头4的方式，两个探头并列在反射体下， 如图7;或者发射探头3和接收探头4分别朝向两个反射体，两反射体并 列设置或上下设置，两个发射探头3可以合用一套控制电路并行工作，但 接收探头的后置电路就需要两套；当然也可以先让一套工作，稍后再让另 一套工作，那么接收探头4也可以合用一套后置电路。超声波发射探头3还可以朝向单独的四棱锥形((倒)金字塔形)反 射体5，而两个接收探头4分别朝向反射面投影在前后方向和左右方向的 "V"字形反射体1，如图8、图9、图10，这种情况下，接收探头4的后 置电路可为两套，两套接收探头4同时工作；接收探头4的后置电路也可为一套，发射探头3工作两次、而两套接收探头4分别在发射探头3工作 的同时工作如第一次发射探头3工作时、处理前后方向的接收探头4工 作、而处理左右方向的接收探头4不工作，第二次发射探头3工作时、处 理左右方向的接收探头4工作、而处理前后方向的接收探头4不工作。反射体的两个反射面的相交处最好能在超声波探头上的投影通过探头 表面的中心，并将探头表面一分为二。当然如果偏向一侧也可以，不过会 影响两侧测距的最大值。对于不需要转弯的全方位移动物体来说，物体上的任意一点均可作为 物体的原点(基准位置)，所以传感器在物体上的安装位置可以不确定， 考虑到避免盲区的问题， 一般可安装在接近中央的地方，如图1。对于传 统的只能前后移动和转弯的物体来说，物体的原点一般为它的中心点，但 中心点只要一个，所以两套传感器最好上下叠加安装，如图2、 3，叠加的 方式可以如图4:下面一个探头超上，上面一个探头朝下，中间是两个反射体l;如图5:上下两个反射体l，中间是两个探头；如图6—个探头一个反射体1、再一个探头一个反射体1，均朝上或均朝下。当然，也可以两套传感器不重叠安装，比如如图1、图9的方式安装，但测距时必须加上 (或减去)超声波传感器离中心位置(驱动轮(或机构)的中心)的距离进 行修正。本发明所述的传感器一般安装在物体顶部。也可安装在物体底部，甚 至将传感器安装在内部中央位置，并在相对应的外壳上开设窗口。反射 体、超声波传感器可直接卡置或粘置于物体的外壳上或内部的支架上。反射体与超声波探头之间不一定紧靠，可以有一定的距离(进一步縮 小盲区)，反射体的大小要照顾到超声波的扩散范围。本发明的装置主要用于测距，当然也可以用于探测障碍物。探测障碍 物时，反射面可以考虑用凸面。反射体一般用密度较大的材料制成，或用密度较大的材料粘贴或镶嵌 在塑料架子上。为简化起见，超声波探头上的引脚没有标示，超声波传感 器检测障碍物、测距的后置电路(信号的发射、接收电路、信号处理电路 等)均有成熟的技术，不加以说明。
权利要求
1. 一种物体的超声波传感器，其特征在于它包括设置在物体上的至少一个超声波探头，以及至少一个有两个反射面相交呈“V”字形的反射体(1)，反射体的反射面整体均与水平面呈45度角，超声波探头朝向反射体(1)的反射面。
2、 根据权利要求1所述的一种物体的超声波传感器，其特征在于所述 的反射体(1)有两个， 一个反射体(1)的反射面投影在左右方向，另一 个反射体(1)的反射面投影在前后方向，超声波探头至少是两个。
3、 根据权利要求1、 2之一所述的一种物体的超声波传感器，其特征 在于所述的超声波探头为收发一体式探头(2)。
4、 根据权利要求1、 2之一所述的一种物体的超声波传感器，其特征 在于所述的超声波探头包括超声波发射探头(3)和超声波接收探头(4)。
5、 根据权利要求2所述的一种物体的超声波传感器，其特征在于反射 体(1)朝向的超声波探头为超声波接收探头(4)，物体上还设置了一个 超声波发射探头(3)朝向一个正或倒放的四棱锥形反射体。
6、 根据权利要求1、 2之一所述的一种物体的超声波传感器，其特征 在于所述的反射体(1)的两个反射面的相交处在超声波探头上的投影通过 探头表面的中心，并将探头表面一分为二。
7、 根据权利要求1、 2之一所述的一种物体的超声波传感器，其特征 在于所述的反射体的反射面为高密度材料制成，本身光滑，呈平面也可呈 凹或凸面。
8、 一种机器人，所述的机器人包括权利要求1、 2之一所述的超声波 传感器。
全文摘要
本发明涉及一种物体的超声波传感器在物体上设置两套传感器，一套用于前后方向、一套用于左右方向，每套传感器包括一个收发一体的超声波探头，以及一个水平设置的有两个反射面相交呈“V”字形的反射体，反射体的反射面整体均与水平面呈45度角，超声波探头朝向反射体。一套传感器的反射面投影在左右方向，一套传感器的反射面投影在前后方向。
文档编号G01S15/06GK101221242SQ200710019289
公开日2008年7月16日 申请日期2007年1月12日 优先权日2007年1月12日
发明者张周新 申请人:张周新