避障信号探测装置及其工作方法与流程

本发明属于传感器领域，尤其涉及一种避障信号探测装置及其工作方法。

背景技术：

常规的避障信号探测装置，如一种可探测障碍物方位的传感器避障系统及方法（zl201810036138.5），该发明提供一种可探测障碍物方位的传感器避障系统及方法，包括处理器、信号分路器、多路发射器、发射信号处理模块、接收信号处理模块和接收器；所述处理器含tof芯片,在多路发射器的发射方向设置有发射信号处理模块，在光信号的接收方向上设置有接收信号处理模块，接收信号处理模块的聚光方向设置接收器与处理器连接。多路发射器按照时序依次发送具有相位调制的红外光信号，由发射信号处理模块将多路红外信号进行空间调制，使其按照固定方位角进行指定方位红外信号发射。处理器处理运算每个方位测试距离信息，对所有方位距离信息进行分析，得到障碍物距离、方位及尺寸信息，便于运动设备进行动作，实现障碍物识别并绕行功能。该方案所设计的避障系统主要采用多路红外传感的技术来实现障碍物信息的探测，涉及到的算法和程序较为复杂，成本较高；而且这种非接触式的传感器容易受到一些干扰因素的作用，例如遇到类似于下垂的树枝等其他不需要进行避障动作的物体时，红外传感或其他非接触式传感器容易受其干扰，发送控制信号使得车轮实施避障动作，不仅工作效率低，而且容易触碰到其他障碍物。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种接触式避障信号探测装置，能够探测出障碍物离车轮的方位以及距离，并将探测到的信息传递给控制器，控制执行机构作出相应的动作来躲避障碍物，其具体采用以下技术方案：

一种避障信号探测装置，其特征在于，包括：固定支架、固定在所述固定支架上的角位移传感器、与所述角位移传感器的输出轴垂直连接的弧形探测杆、以及由复位弹簧和对中杆构成的弧形探测杆的复位装置。

优选地，所述角位移传感器的输出轴通过联轴器与弧形探测杆末端的与弧形探测杆本体垂直的转轴连接；所述弧形探测杆的前端为圆弧形。

优选地，所述固定支架上，在转轴的外侧安装有轴承。

优选地，所述复位装置包括对称设置在弧形探测杆末端两侧的相同的两个复位弹簧、设置在两个所述复位弹簧之间的复位挡片、以及与所述复位挡片一体的对中杆；所述对中杆固定在固定支架上。

优选地，所述弧形探测杆末端包括“凵”字形的限位框，所述限位框的两侧壁之间设置有横杆，所述两个复位弹簧及复位挡片套在横杆上。

优选地，所述角位移传感器与控制器连接；所述控制器还连接有直线位移传感器。

优选地，所述固定支架固定在驱动轮的前部，所述弧形探测杆的宽度大于驱动轮的轮宽；所述驱动轮的轴向安装有侧移导滑机构；所述直线位移传感器安装在侧移导滑机构上；所述侧移导滑机构的步进电机连接控制器。

优选地，所述控制器为单片机，所述角位移传感器通过a/d转换芯片连接单片机，所述直线位移传感器通过a/d转换芯片连接单片机，所述步进电机连接单片机的p1.0口。

以及根据以上优选装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1：单片机初始化；

步骤s2：判断角位移传感器输入的ad1值，若ad1值小于等于128，则单片机的p1.0口置为高电平，若ad1值大于128，则单片机的p1.0口置为低电平；执行侧移动作；

步骤s3：侧移动作完成后，判断直线位移传感器输入的ad2值是否等于128，若为是，则返回步骤s2；若ad2值小于128，则单片机的p1.0口置为高电平，之后回到步骤s2；若ad2值大于128，则单片机的p1.0口置为低电平，之后回到步骤s2。

优选地，在步骤s2当中，若ad1值小于等于128，则单片机的p1.0口置为高电平，并输出n1个脉冲；若ad1值大于128，则单片机的p1.0口置为低电平，并输出n2个脉冲；其中：

n1=40*l*sin((ad1/0.71-180)π/180)；

n2=-40*l*sin((ad1/0.71+180)π/180)；

其中，l为弧形探测杆有效偏转长度。

本发明及优选方案提供的技术成本低廉、生产方便、容易实现且效果显著，其相比于现有技术方案有以下突出的优势：

不易受到其他无需躲避障碍物的影响；结构简单，成本较低，采用较为简单的控制算法即可实现良好的效果；采用的弧形探测杆可以增大探测杆同障碍物的接触面积，避免漏检或者卡死在障碍物上。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例的立体示意图；

图2为本发明实施例具体使用场景的立体示意图；

图3为本发明实施例算法流程示意图；

图中：1-角位移传感器；2-固定支架；3-对中杆；4-弧形探测杆；5-联轴器；6-轴承；7-复位弹簧；8-驱动轮；9-连接支架；10-导轨；11-侧移机构；12-滑动装置。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

如图1所示，本实施例装置利用角位移传感器1探测障碍物离驱动轮8的方位以及距离，包括：作为各装置支点和安装骨架的固定支架2、朝下通过螺栓固定在固定支架2上的角位移传感器1、与角位移传感器1的输出轴垂直连接的弧形探测杆4、以及由复位弹簧7和对中杆3构成的弧形探测杆4的复位装置。

其中，角位移传感器1的输出轴通过联轴器5与弧形探测杆4末端的与弧形探测杆4本体垂直的转轴连接，使角位移传感器1能够精确获得弧形探测杆4的旋转角度；弧形探测杆4的前端为圆弧形，能够增大探测杆同障碍物的接触面积，同时可避免探测杆前端插入障碍物中影响探测装置的正常工作，探测杆圆弧的大小需大于驱动轮8的轮宽，从而更好地防止驱动轮8触碰障碍物。固定支架2上，在转轴的外侧安装有轴承6，使得弧形探测杆4转动更加灵活。

复位装置包括对称设置在弧形探测杆4末端两侧的相同的两个复位弹簧7、设置在两个复位弹簧7之间的复位挡片、以及与复位挡片一体的对中杆3；对中杆3固定在固定支架2上。弧形探测杆4末端包括“凵”字形的限位框，限位框的两侧壁之间设置有横杆，两个复位弹簧7及复位挡片套在横杆上。对中杆3起固定复位弹簧7的作用，安装在固定支架2底部的中央，结合复位弹簧7一起保证弧形探测杆4在触碰障碍物发生偏转后能够回到初始位置。

如图2所示，在本实施例装置的具体应用场景当中，角位移传感器1与控制器连接；控制器还连接有直线位移传感器。

固定支架2通过螺栓同驱动轮8通过连接支架9固定连接，固定在驱动轮8的前部，弧形探测杆4的宽度大于驱动轮8的轮宽，选取合适的安装高度，在触碰障碍物后，因碰触点的不同弧形探测杆4会转动不同的角度，转矩通过联轴器5传递给角位移传感器1，产生电信号。摆动一定角度之后通过对中杆3和复位弹簧7进行复位，完成一次避障信号探测动作。。

驱动轮8的轴向安装有侧移导滑机构，用于实现驱动轮8的侧移；侧移导滑机构在侧移机构11上的步进电机连接控制器。直线位移传感器安装在侧移导滑机构上，将直线位移传感器的导轨部分固定在侧移导滑机构的导轨10上，将直线位移传感器的滑块同与驱动轮8固定的滑动装置12进行固定连接。设定驱动轮8在初始行走状态下所对应的滑块位置为零位移参考点，驱动轮8每执行一次避桩动作后所处的位置都需同零位移参考点进行比较。若直线位移传感器所检测到的滑块位移量为正，则下一次避障动作要控制侧移机构11上的步进电机进行收缩动作直至直线位移传感器所检测到的滑块位移量为负，控制器才控制侧移机构11上的步进电机进行外伸动作。每执行完一次避障动作，直线位移传感器进行一次信息反馈，经控制器执行相关程序后判断下一次所应发送给侧移机构11上的步进电机的脉冲，以实现对执行避障动作后的驱动轮8的位置进行监测，将驱动轮8的位移量信息及时反馈给控制器，避免驱动轮8向同一方向侧移而使得其超过所设计的行程，影响避障动作的执行甚至对行走机械造成破坏。

在本实施例中，控制器为单片机，角位移传感器1通过a/d转换芯片连接单片机，直线位移传感器通过a/d转换芯片连接单片机，步进电机连接单片机的p1.0口。

如图3所示，根据以上提供装置在具体应用场景下的工作方法，包括以下步骤：

步骤s1：单片机初始化，对ad1、ad2值以及弧形探测杆4有效偏转长度l进行初始化处理；

步骤s2：判断角位移传感器1输入的ad1值，若ad1值小于等于128（即探杆向左偏转，角位移传感器1检测对应的角度），则单片机的p1.0口置为高电平，步进电机正转，若ad1值大于128，则单片机的p1.0口置为低电平，步进电机反转；建立相关数学模型计算得到步进脉冲的个数，控制驱动轮8移动相应脉冲的距离，从而执行侧移动作；

其中，若ad1值小于等于128，则单片机的p1.0口置为高电平，并输出n1个脉冲；若ad1值大于128，则单片机的p1.0口置为低电平，并输出n2个脉冲；其中：

n1=40*l*sin((ad1/0.71-180)π/180)；

n2=-40*l*sin((ad1/0.71+180)π/180)；

步骤s3：侧移动作完成后，直线位移传感器测得的驱动轮8装置位移量经a/d转换将所获得的ad2值输入到单片机处理系统中，同驱动轮8装置处于初始位置的ad2值（设定初始位置的ad2值为128）进行比较，判断直线位移传感器输入的ad2值是否等于128，若为是，则返回步骤s2判断ad1值的大小；若ad2值小于128，则单片机的p1.0口置为高电平，使步进电机正转，驱动轮8装置朝其初始位置移动，之后回到步骤s2，判断ad1值的大小；若ad2值大于128，则单片机的p1.0口置为低电平，步进电机反转，之后回到步骤s2。

重复上述的控制过程，实现行走机械的避障功能。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的避障信号探测装置及其工作方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。