避障检测系统的制作方法

本发明实施例涉及电子设备测试技术领域，尤其涉及一种避障检测系统。

背景技术：

智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主导航运动，从而完成预定任务的机器人系统。因此，避障系统是智能移动机器人必备的要素。一般地，避障系统包括在智能移动机器人上配置的多个用于提供避障检测功能的传感器(称为避障传感器)，比如激光雷达传感器、超声波传感器等，以通过这些传感器检测障碍物，基于检测结果控制智能移动机器人的行走轨迹。广义上来说，该障碍物可以是影响智能移动机器人改变行走路径的任何物质。

为了实现对智能移动机器人的避障控制，首先一个重要的问题是需要检测获知智能移动机器人的避障范围，为设计智能移动机器人的避障策略、自主导航策略、判断智能移动机器人上对各避障传感器的配置是否合理等提供依据，以规避或尽量缩小智能移动机器人避障的盲区。为此，简单方便、准确地检测智能移动机器人的避障范围的方案亟待被提供。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种避障检测系统，用以实现简单方便、准确地检测诸如智能移动机器人等承载有避障传感器的承载物体的避障范围的目的。

本发明实施例提供一种避障检测系统，包括：

设置在承载物体上的待检测避障传感器、基板、电动马达、上位机；

所述待检测避障传感器和所述电动马达分别与所述上位机连接；

所述基板包括相互正交的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨均具有刻度，所述第一导轨上设置有第一滑块，所述第二导轨上设置有第二滑块，所述第一滑块上设置有障碍物，所述第一滑块和所述第二滑块分别与所述电动马达连接；

其中，所述第一滑块与所述第一导轨滑动连接，所述第二滑块与所述第一导轨的一端固定连接，所述第二滑块与所述第二导轨滑动连接；

所述上位机，控制所述电动马达的转速以调整所述障碍物与所述待检测避障传感器的水平距离和垂直距离，并根据每次调整后的所述水平距离和所述垂直距离，计算所述待检测避障传感器与所述障碍物间的第一距离和偏移角度；

所述待检测避障传感器，在所述上位机的控制下检测每次调整后所述待检测避障传感器与所述障碍物间的第二距离，并将所述第二距离传输给所述上位机；

所述上位机，根据对应的各第一距离和各第二距离，确定所述待检测避障传感器的避障范围，所述避障范围包括避障距离和避障角度，所述避障距离是所述各第一距离中、与对应的第二距离间的差值大于预设误差阈值的最小第一距离，所述避障角度为与所述最小第一距离对应的偏移角度。

可选的，所述基板包括支撑板，所述第一导轨和所述第二导轨固定设置在所述支撑板上。

通过设置该支撑板，可以保证第一导轨与第二导轨保持良好的正交关系。

可选的，所述基板平行于地面放置，所述基板还包括：可调节支撑杆，所述可调节支撑杆上设置有调节控制器；

所述可调节支撑杆的一端与所述支撑板固定连接，所述可调节支撑杆的另一端放置在地面上；

所述上位机中存储有所述待检测避障传感器相距地面的高度；

所述上位机与所述调节控制器连接，以控制所述调节控制器调整所述可调节支撑杆的长度，使所述障碍物相距地面的高度与所述待检测避障传感器相距地面的高度一致。

通过上述可调节支撑杆等设置，能够方便地实现对基板高度、障碍物位置的自动、精确调节，保证了每个待检测避障传感器的避障距离的检测结果的准确性，从而也保证了承载有多个待检测避障传感器的承载物体的避障范围的检测结果的准确性。

可选的，所述承载物体中包括电机，所述电机与所述上位机连接；

所述上位机，控制所述电机转动，以使所述待检测避障传感器面向所述基板。

可选的，所述上位机与所述电机无线连接。

可选的，所述上位机与所述电动马达通过第一COM口连接，所述上位机与所述待检测避障传感器通过第二COM口连接。

可选的，所述第二导轨的数量为两个，相应的，所述第二滑块的数量为两个，所述两个第二滑块分别与所述第一导轨的两端固定连接。

通过设置两个第二导轨，可以保证第一导轨与第二导轨保持良好的正交关系。

可选的，所述待检测避障传感器的数量为至少两个；

所述上位机，根据所述至少两个待检测避障传感器的避障范围确定所述承载物体的避障范围。

可选的，所述上位机输出所述承载物体的避障范围对应的避障图。

本发明实施例提供的避障检测系统，在相互正交的带有刻度的第一导轨和第二导轨上分别设置滑块，将障碍物设置在第一导轨上设置的滑块上，并且将这两个滑块分别与电动马达连接，通过上位机来控制电动马达的转速来调整障碍物与待检测避障传感器的水平距离和垂直距离。在每一次调整后，一方面上位机基于当前障碍物在两个导轨上所处的刻度计算获得障碍物与待检测避障传感器的距离，另一方面待检测避障传感器基于自身的测距原理检测获得障碍物与待检测避障传感器的距离，从而，上位机基于每次调整后计算获得的距离与待检测避障传感器检测获得的距离间的比较结果，确定该待检测避障传感器的避障范围。通过该避障检测系统，不但能够自动控制障碍物移动，而且能够准确计算得到障碍物与待检测避障传感器的实际距离，通过将计算得到的实际距离与检测得到的测量距离进行比较便能够准确得出待检测避障传感器的避障范围，实现简单方便且结果准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明避障检测系统实施例一的结构示意图；

图2为本发明避障范围检测原理示意图；

图3为本发明避障检测系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

图1为本发明避障检测系统实施例一的结构示意图，如图1所示，该避障检测系统包括：设置在承载物体1上的待检测避障传感器11、基板2、电动马达3、上位机4。待检测避障传感器11和电动马达3分别与上位机4连接。

实际应用中，承载物体1可以是智能移动机器人，但是并不限于该具体实现。

具体的，上位机4与电动马达3可以通过第一COM口连接，上位机4与待检测避障传感器11可以通过第二COM口连接。其中，COM即为串行通讯端口(cluster communication port，简称COM)。

值得说明的是，实际应用中，上位机4或承载物体1上可能提供的COM口数量有限不足以支持上述连接实现，可选的，也可以通过USB口进行连接。

其中，基板2包括相互正交的第一导轨21和第二导轨22，第一导轨21和第二导轨22均具有刻度。第一导轨21上设置有第一滑块23，第二导轨22上设置有第二滑块24。第一滑块23上设置有障碍物25，第一滑块23和第二滑块24分别与电动马达3连接。其中，第一滑块23与第一导轨21滑动连接，第二滑块24与第一导轨21的一端固定连接，第二滑块24与第二导轨22滑动连接。

实际应用中，第一导轨21和第二导轨22可以都是直线型的导轨，其长度以及其上的刻度精度可以根据实际需求而设定。第一滑块23可以沿第一导轨21滑动，从而，固定在第一滑块23上的障碍物25随着第一滑块23而在第一导轨21上滑动，从而改变障碍物25与待检测避障传感器11间的水平距离。

实际应用中，假设仅有一个待检测避障传感器11，其距离地面的高度已知，从而可以将基板2设置在对应高度的地方，使得障碍物25相距地面的高度与待检测避障传感器11相距地面的高度相一致。

实际应用中，可选的，当采用第一滑块23来调整待检测避障传感器11与障碍物25间的水平距离，采用第二滑块24来调整待检测避障传感器11与障碍物25间的垂直距离时，可以将待检测避障传感器11面向第一导轨21设置。可选的，当采用第一滑块23来调整待检测避障传感器11与障碍物25间的垂直距离，采用第二滑块24来调整待检测避障传感器11与障碍物25间的水平距离时，可以将待检测避障传感器11面向第二导轨22设置。

各实施例中以上述第一种设置方式为例进行说明。

第一导轨21与第二导轨22之间通过第二滑块24连接，具体的，第二滑块24与第二导轨22滑动连接，即第二滑块24可以沿第二导轨22滑动，并且，第一导轨21的一端固定连接在第二滑块24上，因此，第二滑块24的滑动使得第一导轨21能够沿着第二导轨22滑动，从而，第二滑块24的滑动能够改变障碍物25与待检测避障传感器11间的垂直距离。

在只有一个第一导轨21和一个第二导轨22构成的正交直线型导轨结构中，由于第一导轨21仅一端与第二导轨22通过第二滑块24连接，另一端可以处于悬空状态，此时，在某些情况下可能比较容易导致第一导轨21与第二导轨22不能保持良好的正交关系，影响最终的检测结果的准确性。

为此可选的，基板2还可以包括支撑板26，第一导轨21和第二导轨22固定设置在支撑板26上。通过为第一导轨21和第二导轨22提供一个支撑板26，将第一导轨21和第二导轨22固定设置在支撑板26上，可以保持第一导轨21和第二导轨22间具有良好的正交关系。

另外可选的，也可以设置两个第二导轨22，相应的，第二滑块24的数量为两个，两个第二滑块24分别与两个第二导轨22滑动连接，并且，两个第二滑块24分别与第一导轨21的两端固定连接，也就是说，第一导轨21的两端分别固定连接在第二滑块24上。

在本实施例提供的上述避障检测系统的硬件架构下，可以采用如下的方式进行待检测避障传感器11的避障范围的检测处理。其中，避障范围包括距离范围和角度范围两方面。

实际检测过程中，可以将障碍物25预先设置在某个初始位置处，进而逐次调整障碍物25的位置，进行后续的检测处理。其中，该初始位置处比如可以是相对于待检测避障传感器11具有一定垂直距离，且水平距离为0的某处，或者也可以是具有一定垂直距离和一定水平距离的某处比如垂直距离和水平距离均为最远距离的位置处，不具体限定。

检测过程具体如下：

上位机4，控制电动马达3的转速以调整障碍物25与待检测避障传感器11的水平距离和垂直距离。其中，上位机4可以对电动马达3的转速的控制可以是步进式控制的方式。

值得说明的是，可选的，当电动马达3仅有一个时，第一滑块23和第二滑块24可以分别通过不同的连接线路与电动马达3连接，在进行控制的过程中，上位机4可以控制电动马达3分别连同不同的连接线路，以可以分别控制第一滑块23和第二滑块24的滑动距离。比如，某时刻，上位机4向电动马达3下发控制指令，控制电动马达3连通与第一滑块23间的线路而断开与第二滑块24间的线路，从而控制第一滑块23沿第一导轨21移动一定的距离。此时，保持障碍物25与待检测避障传感器11间的垂直距离不变，而只是改变两者间的水平距离。

可选的，当电动马达3有两个时，第一滑块23和第二滑块24可以分别与一个电动马达3连接，在进行控制的过程中，上位机4可以通过分别控制不同的电动马达3以实现对第一滑块23和第二滑块24的滑动距离的控制。

同时可以理解的是，电动马达3的转速与第一滑块23和第二滑块24的滑动距离之间具有一定的对应关系，从而可以根据预先设定的第一滑块23和第二滑块24每次移动时的距离步长，确定电动马达3的转速。

在每次进行上述的调整后，上位机4一方面根据每次调整后的待检测避障传感器11与障碍物25间水平距离和垂直距离，计算待检测避障传感器11与障碍物25间的第一距离和偏移角度；另一方面，控制待检测避障传感器11检测每次调整后待检测避障传感器11与障碍物25间的第二距离。

具体的，上位机4中可以存储第一滑块23和第二滑块24的初始位置，即第一滑块23和第二滑块24分别在第一导轨21和第二导轨22上的初始刻度值，该初始刻度值可以是人工输入上位机4的。从而，在第一次按照一定的距离步长要求控制电动马达3的转速后，根据该距离步长以及预先设定的移动控制策略，上位机4可以获知该次调整后第一滑块23和第二滑块24对应的刻度值，从而，可以根据该次调整前第一滑块23和第二滑块24分别对应的刻度值和该次调整后第一滑块23和第二滑块24分别对应的刻度值确定出该次调整后的待检测避障传感器11与障碍物25间水平距离和垂直距离，从而通过直角三角形的相关计算公式，得到待检测避障传感器11与障碍物25间的第一距离和偏移角度。

其中，移动控制策略简单来说，是指在第一导轨21和第二导轨22的方向上，分别按照怎样的距离步长进行移动控制，比如首先保持第二滑块24的位置不变，按照预设距离步长分别控制移动第一滑块23沿第一导轨21移动，当沿着第一导轨21从一端移动至另一端之后，按照预设步长改变第二滑块24的位置。

待检测避障传感器11，在上位机4的控制下检测每次调整后待检测避障传感器11与障碍物25间的第二距离，并将第二距离传输给上位机4。

其中，待检测避障传感器11可以是激光传感器、超声波传感器等不同的传感器。相应的，可以基于对应的测距原理测到与障碍物25间的第二距离。

继而，上位机4根据对应的各第一距离和各第二距离，确定待检测避障传感器11的避障范围，其中，避障范围包括避障距离和避障角度。

具体来说，针对每一次调整，上位机4将自身计算获得的第一距离与接收到的待检测避障传感器11发送的第二距离进行比较，如果两者的差值小于或等于预设误差阈值，则确定当前障碍物所在的位置包含在待检测避障传感器11的避障范围内；相反的，如果两者的差值大于预设误差阈值，则确定当前障碍物所在的位置不包含在待检测避障传感器11的避障范围内。从而，基于每一次调整后对应的第一距离与第二距离的比较结果，可以确定避障距离，该避障距离意味着当待检测避障传感器11与障碍物的距离超过该避障距离时，待检测避障传感器11检测到的第二距离与上位机实际计算得到的对应第一距离间的差值将大于预设误差阈值，也意味着，当待检测避障传感器11与障碍物的距离超过该避障距离时，待检测避障传感器11将不能准确检测到障碍物。因此，避障距离是各第一距离中与对应的第二距离间的差值大于预设误差阈值的最小第一距离，相应的，避障角度为与最小第一距离对应的偏移角度。

当承载有上述待检测避障传感器11的承载物体1上仅包含一个上述待检测避障传感器11时，该待检测避障传感器11的避障范围即为该承载物体1的避障范围。

图2为本发明避障范围检测原理示意图，下面结合图2来具体理解上述计算过程：假设上位机4确定当前障碍物25与待检测避障传感器11的水平距离为a，垂直距离为b，则计算获得障碍物25与待检测避障传感器11间的第一距离为c1,偏移角度为θ。同时，待检测避障传感器11检测到的其与障碍物25的第二距离为c2，比较c1与c2的差值是否大于预设误差阈值，如果不大于，则确定待检测避障传感器11此时的检测结果可信，即当障碍物25相距该待检测避障传感器11在该距离时，待检测避障传感器11能够准确检测到障碍物25；如果大于，确定待检测避障传感器11此时的检测结果不可信。如图2所示，当待检测避障传感器11不位于基板的左右两侧侧边延伸方向上，即不位于两个第二导轨22的延伸方向上时，相对于待检测避障传感器11来说，障碍物25与待检测避障传感器11间的第一距离为c1,且垂直距离为b时，第一导轨21上具有两个刻度满足水平距离为a的要求。实际检测过程中，可以以第一导轨21上相对于待检测避障传感器11的水平距离为0的刻度为参考点，对于水平方向的滑动控制来说，可以仅控制第一滑块23在参考点的左侧或右侧滑动，此时，假设与避障距离对应的偏移角度为θ，则最终获得的避障角度为2θ。当然，为了精确测量，也可以控制第一滑块23沿第一导轨21从一端到另一端逐次滑动，最终获得避障范围，比如，针对避障角度来说，最终获得的避障角度为θ1+θ2。其中，θ1和θ2分别为相对第一导轨的左边和右边获得的角度值。此时说明：待检测避障传感器11能够准确检测到位于其左侧的偏移角度为θ1的障碍物，并能准确检测到位于其右侧的偏移角度为θ2的障碍物，此时，能够准确检测的避障距离根据上述检测过程确定，不赘述。

本实施例中，在相互正交的带有刻度的第一导轨和第二导轨上分别设置滑块，将障碍物设置在第一导轨上设置的滑块上，并且将这两个滑块分别与电动马达连接，通过上位机来控制电动马达的转速来调整障碍物与待检测避障传感器的水平距离和垂直距离。在每一次调整后，一方面上位机基于当前障碍物在两个导轨上所处的刻度计算获得障碍物与待检测避障传感器的距离，另一方面待检测避障传感器基于自身的测距原理检测获得障碍物与待检测避障传感器的距离，从而，上位机基于每次调整后计算获得的距离与待检测避障传感器检测获得的距离间的比较结果，确定该待检测避障传感器的避障范围。通过该避障检测系统，不但能够自动控制障碍物移动，而且能够准确计算得到障碍物与待检测避障传感器的实际距离，通过将计算得到的实际距离与检测得到的测量距离进行比较便能够准确得出待检测避障传感器的避障范围，实现简单方便且结果准确可靠。

图3为本发明避障检测系统实施例二的结构示意图，如图3所示，在图1所示实施例基础上，实际应用中，基板2可以平行于地面放置，此时，基板2还可以包括：可调节支撑杆27，可调节支撑杆27上设置有调节控制器28，上位机4与调节控制器28连接。其中，可调节支撑杆27的一端与支撑板26固定连接，可调节支撑杆27的另一端放置在地面上。

实际应用中承载物体1上包含的待检测避障传感器11的数量可能为一个或多个，当只有一个待检测避障传感器11时，可以根据对待检测避障传感器11相距地面的高度的测量结果，人为地将基板放置在对应高度的地方。但是，当有多个待检测避障传感器11时，需要检测每个待检测避障传感器11的避障范围，此时如果针对每个待检测避障传感器11进行检测时都人工地将基板2放置到对应的高度处，显然效率较低。

为此，本实施例中，通过上述可调节支撑杆27为自动调节基板2相距地面的高度提供了基础。

具体来说，上位机4中存储有待检测避障传感器11相距地面的高度，当待检测避障传感器11有多个时，存储了每个待检测避障传感器11相距地面的高度。上位机4根据当前需要检测的是哪个待检测避障传感器11，可以通过控制调节控制器28来调整可调节支撑杆27的长度，使障碍物25相距地面的高度与当前待检测避障传感器11相距地面的高度一致。

另外，当承载物体1上包含多个待检测避障传感器11时，这多个待检测避障传感器11往往位于承载物体1的不同位置上，为了方便测试，除了对基板2进行相距地面的高度调节外，不改变基板2的位置，则此时可以通过控制承载物体的转动来使得当前待检测避障传感器11面向基板2。

从而可选的，承载物体1中包括电机12，电机12与上位机4连接，上位机4与电机12可以通过无线连接，或者有线连接，比如蓝牙连接、USB连接。从而，上位机4可以控制电机12转动，以使待检测避障传感器11面向基板2，也就是说，上位机4通过控制电机12以实现对承载物体的转动控制。可以理解的是，上位机4中可以预先存储各个待检测避障传感器11间的相对转动角度，从而在将一个待检测避障传感器11面向基板2设置好之后，基于该各转动角度可以通过控制电机12以实现各个待检测避障传感器11面向基板2的调节控制。

当存在多个待检测避障传感器11时，针对每个待检测避障传感器11都进行如图1所示的避障范围检测过程，从而得到每个待检测避障传感器11对应的避障范围。

进而，上位机4可以根据各个待检测避障传感器11的避障范围确定承载物体1的避障范围。该承载物体1的避障范围即根据各个待检测避障传感器11的避障范围限定。为了更加直观地看出承载物体1的避障范围，上位机4可以输出承载物体1的避障范围对应的避障图。每个避障范围可以近似体现为一个以待检测避障传感器11为顶点的扇形区域。从而，承载物体1的避障图比如是显示如下的画面：在承载物体1的各待检测避障传感器11的位置处，显示以各待检测避障传感器11为顶点的扇形区域。

基于本实施例提供的避障检测系统，能够方便地实现对基板高度、障碍物位置的自动、精确调节，保证了每个待检测避障传感器的避障距离的检测结果的准确性，从而也保证了承载有多个待检测避障传感器的承载物体的避障范围的检测结果的准确性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。