智能小车复合式避障系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及智能机器人领域，提出一种智能小车复合式避障系统。该系统包括小车、电源、传感器、电机和控制装置，电源分别连接到小车、传感器和控制装置进行供电，传感器和电机分别与控制装置连接；传感器包括超声波传感器和红外线传感器，其中，超声波传感器位于小车车头的中间位置，红外线传感器采用两个，分别位于小车车头的左右两侧。本实用新型系统的硬件采用多部件协调配合，可使智能小车具有较高的自适应能力。
【专利说明】智能小车复合式避障系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种智能小车复合式避障系统，属于智能机器人领域。
【背景技术】
[0002]机器人技术是与多门基础学科联系紧密、相互促进和相互发展的前沿技术，是集计算机、力学、生理学、控制论、人工智能、传感技术等于一体的高新技术产业。机器人的应用领域也非常广泛，除了传统的工业领域，机器人的应用也涉及到我们生活的方方面面，如军事、娱乐、服务、医疗等。
[0003]随着机器人技术的不断发展，人们对机器人的要求也越来越高，机器人的智能化已成为当今的热点。智能车作为一种四轮驱动的感知机器人，它行动灵活、操作方便，车上可集成各种精密传感器数据处理模块，其避障功能保证了智能小车在行进过程中行进方向的自动调节，避免发生碰撞，是智能小车的重要组成部分。
[0004]目前，智能小车大多采用单个传感器实现单面避障，但单面避障存在着障碍物探测缓慢、探测面窄、避障成功率较低等缺陷。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可靠的智能小车的复合式避障系统。
[0006]为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为:
[0007]智能小车复合式避障系统，包括小车、电源、传感器、电机和控制装置，电源分别连接到小车、传感器和控制装置进行供电，传感器和电机分别与控制装置连接；所述传感器包括超声波传感器和红外线传感器，其中，超声波传感器位于小车车头的中间位置，红外线传感器采用两个，分别位于小车车头的左右两侧。
[0008]所述电源、电机和控制装置都安装在小车上。
[0009]所述超声波传感器的发射电路包括单片机、MAX232芯片及超声波发射头，超声波传感器的接收电路包括运算放大器及超声波接收器。
[0010]相比现有智能小车采用单个传感器的技术，本实用新型通过采用两种不同的传感器，使得智能小车能够全方位地探测前方的障碍物，有效实现对障碍物的复合式避障，具有较高的自适应能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型系统硬件结构图；
[0012]图2是电机驱动芯片的电路图；
[0013]图3是超声波传感器的电路图。
【具体实施方式】
[0014]本实用新型智能小车复合式避障系统采用超声波单点避障与红外线双路交叉避障相结合的模式，以实现对障碍物的复合式有效避障。为此，在小车I中间设置一个超声波传感器2，实现小车I前方障碍物的探测；为更精确检测小车I前方并顾及左右两侧障碍物，在智能小车I的前端设置左右两个红外线传感器3，它们交叉探测小车两侧障碍物，有效扩大了探测范围，从而实现智能小车I的复合式避障。传感器位置详见图1。电源、电机、传感器和控制装置都安装在小车I上，电源分别给小车1、传感器和控制装置进行供电，控制装置控制电机转动和传感器的数据采集。
[0015]利用上述智能小车复合式避障系统，避障小车在行进过程中，传感器不断探测小车周围的障碍物。当传感器探测到障碍物时，通过判断探测到障碍物的传感器的数量，来实现小车复合式自动避障，具体如下:
[0016](I)单个传感器检测到障碍物:当超声波传感器2检测到障碍物时，小车I默认向左侧转向，当只有一侧红外线传感器3检测到障碍物时，小车向没有障碍物另一侧转向；转向后当所有传感器均不再检测到障碍物时，小车恢复直行。
[0017](2)两个传感器检测到障碍物:当两个传感器检测到障碍物时，小车I向未检测到障碍物方向转向。若右侧红外线传感器3未检测到障碍物,小车I向右转向；若超声波传感器2未检测到障碍物，小车I继续直行；若左侧红外线传感器3未检测到障碍物，小车I向左侧转向。在小车I远离障碍物之后，小车I恢复直行。
[0018](3)三个传感器检测到障碍物:当三个传感器均检测到障碍物时，即小车I遇到墙角或前方大片障碍物，此时小车切换到急转弯模式，小车默认原地左转弯，若在急转弯中，传感器均不再检测到障碍物，则说明障碍物已转到小车右侧，小车切换到前进模式，恢复直行。
[0019]超声波传感器2和红外线传感器3实时获得智能小车前方和两侧与障碍物之间的距离，发送给控制装置，根据相应数据发送相应的控制指令，从而驱动智能小车I产生相应的动作。
[0020]小车采用双H桥直流电机驱动方式，通过控制左右两侧直流电机来控制小车的前进后退及转向。直流电机采用直流电机驱动芯片L298N，如图2所示。双路全桥电机驱动芯片L298N的最大输出电流为4A，并具有过温保护功能和较高的噪声抑制比。二路输出可以满足小车的左右直流电机的驱动要求。通过对L298N三个输入口的电平输入可控制电机的运转状态。由于芯片L298N并不提供对电机转速的控制方式，因此，通过核心控制模块调节驱动电机的PWM信号，改变电机输出功率，从而控制左右电机的转速。
[0021]控制装置的核心是一片atmega328单片机。此芯片负责接收超声波传感器2和红外线传感器3的数据，同时完成对电机驱动芯片L298N的控制。
[0022]如图3所示。超声波传感器I的发射电路由Em78pl53单片机、MAX232及超声波发射头T40等组成，探测时，发送器将陶瓷振子的电振动能量转换成超声波能量，并向空中辐射。接收器接收超声波产生机械振动，并将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测。接收电路由TL074运算放大器及超声波接收器R40等组成。
[0023]红外线传感器3采用夏普GP2Y0A02YK0F红外测距传感器，红外线测距其优点是无盲区、测量精度高、反应速度快、方向性强，但其缺点受环境影响较大、探测距离较近。
[0024]因此本实用新型采用红外线传感器与超声波传感器互补，使智能小车具有精确的o frrl ΤΠ )- w.
【权利要求】
1.智能小车复合式避障系统，包括小车、电源、传感器、电机和控制装置，其特征在于，电源分别连接到小车、传感器和控制装置进行供电，传感器和电机分别与控制装置连接；所述传感器包括超声波传感器和红外线传感器，其中，超声波传感器位于小车车头的中间位置，红外线传感器采用两个，分别位于小车车头的左右两侧。
2.根据权利要求1所述的智能小车复合式避障系统，其特征在于，所述电源、电机和控制装置都安装在小车上。
3.根据权利要求1或2所述的智能小车复合式避障系统，其特征在于，所述超声波传感器的发射电路包括单片机、MAX232芯片及超声波发射头，超声波传感器的接收电路包括运算放大器及超声波接收器。
【文档编号】G05D1/02GK204009577SQ201420180001
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】顾志华, 徐晓慧, 印禹, 张金龙 申请人:南京师范大学