避障控制系统的制作方法

本实用新型涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种避障控制系统。

背景技术：

近年来，随着机器人技术的发展和人工智能研究不断深入，智能移动机器人在人类生活中扮演越来越重要的角色，在迎宾引导等诸多领域得到广泛应用。

智能移动机器人是一类能够通过检测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，避障是基于智能移动机器人上配置的多个避障检测器来检测障碍物而实现的。

一般来说，为了保证可靠行走，智能移动机器人上一般安装有多个避障检测器，而且在同一应用环境中可能部署了多个智能移动机器人，这样，当多个智能移动机器人同时工作时，不同智能移动机器人的避障检测器之间，同一智能移动机器人的不同避障检测器之间都可能存在相互干扰，比如一个避障检测器的检测信号被其他避障检测器接收，影响障碍物检测结果的准确性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种避障控制系统，通过对机器人上的各避障检测器的工作时间的控制，以避免不同避障检测器间的相互干扰，提高障碍物检测结果的准确性。

本实用新型实施例提供一种避障控制系统，包括：

时钟同步控制设备和至少一个机器人，所述至少一个机器人中的每个机器人上设置有用于连接所述时钟同步控制设备的接口；

其中，所述至少一个机器人中的每个机器人包括：

通过总线连接的机器人控制器和至少两个避障检测器组件，所述机器人控制器与所述接口连接，以接收所述时钟同步控制设备的时钟同步控制信号；

所述至少两个避障检测器组件中的每个避障检测器组件包括：微控制器，以及分别与所述微控制器连接的存储器、避障检测器；

所述存储器中存储有对应的避障检测器编号和机器人编号；

所述微控制器，用于根据所述机器人控制器发出的所述时钟同步控制信号进行时钟同步；根据从所述存储器中读取的所述避障检测器编号和所述机器人编号确定所述避障检测器的工作时间；将所述避障检测器获得的障碍物检测信号发送至所述总线上；

所述避障检测器，用于在所述工作时间内检测获得所述障碍物检测信号。

可选地，所述每个避障检测器组件中还包括：

分别与所述微控制器连接的第一计时器和第二计时器；

所述微控制器，用于根据所述时钟同步控制信号控制所述第一计时器重新启动计时；以及，

在获得所述障碍物检测信号时控制所述第二计时器启动预设时间长度的计时，并在达到所述预设时间长度时，将所述障碍物检测信号发送至所述总线上。

可选地，所述每个避障检测器组件中还包括：

低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器的一端与所述微控制器连接，另一端与供电电源连接。

可选地，所述总线为CAN总线，所述每个避障检测器组件中还包括：

CAN收发器，所述CAN收发器的一端与所述微控制器连接，另一端与所述CAN总线连接。

可选地，所述避障检测器为：超声波检测器和/或激活检测器。

本实用新型实施例提供的避障控制系统，预先对各个机器人进行编号，并且对每个机器人中的各避障检测器进行编号，从而针对每个机器人中的任一避障检测器组件来说，以其对应的机器人编号和避障检测器编号作为身份标识。当机器人工作时，首先通过时钟同步处理，令各个机器人中的避障检测器组件时钟同步。进而，对于每个机器人中的每个避障检测器组件，根据其对应的身份标识确定其工作时间，由于各个避障检测器组件的身份标识各不相同，从而保证各机器人的各避障检测器组件的工作时间各不相同，如此，每个避障检测器组件对应的障碍物检测信号不会对其他避障检测器组件产生干扰，从而有助于提高障碍物检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的避障控制系统实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的避障控制系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型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，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

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，尽管在本实用新型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，在不脱离本实用新型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为本实用新型实施例提供的避障控制系统实施例一的结构示意图，如图1所示，该系统包括：时钟同步控制设备1和至少一个机器人2，至少一个机器人2中的每个机器人2上设置有用于连接时钟同步控制设备1的接口21。

实际应用中，时钟同步控制设备1可以是用户终端设备，比如智能手机、平板电脑、PC机等。接口21比如可以是控制器局域网络(Controller Area Network,简称CAN)接口，从而，时钟同步控制设备1和各个机器人2可以通过CAN总线连接。

值得说明的是，本实施例中，时钟同步控制设备1的作用是使得各机器人2时钟同步。具体地，在各机器人2运行之初，时钟同步控制设备1与各机器人2 的接口21连接，进而基于预先设置在时钟同步控制设备1中的时钟同步处理逻辑向连接的各机器人2发出时钟同步控制信号，比如通过触发时钟同步控制设备1中某个虚拟按键或物理按键而发出该时钟同步控制信号。

可选地，时钟同步控制设备1在发出上述时钟同步控制信号后，可以直接断开与各机器人2的连接。

其中，每个机器人2包括：

通过总线22连接的机器人控制器23和至少两个避障检测器组件24，机器人控制器23与接口21连接，以接收时钟同步控制设备1的时钟同步控制信号。

机器人控制器23作为机器人2中的核心控制器件，可以执行机器人2的各种人机交互逻辑处理、各种软件算法计算等，但是，在本实施例中，该机器人控制器23主要用于对机器人2中的各避障检测器组件24进行时钟同步控制，以及接收各避障检测器组件24检测获得的障碍物检测信号，以便于对机器人2基于障碍物检测信号进行相应的控制操作。

其中，具体地，机器人控制器23在通过接口21接收到来自时钟同步控制设备1的时钟同步控制信号后，将该时钟同步控制信号基于总线22发送至连接在该总线22上的各避障检测器组件24，以使得各避障检测器组件24基于该时钟同步控制信号进行时钟同步处理。

可选地，机器人控制器23可以使用各种应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微中控元件、微处理器或其他电子元件实现。

实际应用中，每个机器人2中往往包含多个避障检测器，本实施例中，在一种可选的实现方式中，每个避障检测器被实现为包含于一个避障检测器组件24中，也就是说，本实施例中，每个机器人2中包含了多个避障检测器组件24，每个避障检测器组件24按照一定的策略控制自身内的避障检测器进行障碍物检测。

具体地，至少两个避障检测器组件24中的每个避障检测器组件24包括：微控制器241，以及分别与微控制器241连接的存储器242、避障检测器243。

其中，存储器242中存储有对应的避障检测器编号和机器人编号。

微控制器241，用于根据机器人控制器23发出的时钟同步控制信号进行时钟同步；根据从存储器242中读取的避障检测器编号和机器人编号确定避障检测器243的工作时间；将避障检测器243获得的障碍物检测信号发送至总线22上。

可选地，微控制器241可以使用诸如可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他电子元件实现。

避障检测器243，用于在工作时间内检测获得障碍物检测信号。可选地，该避障检测器243为：超声波检测器和/或激活检测器。

针对时钟同步处理来说，微控制器241在接收到机器人控制器23发出的时钟同步控制信号后，可以通过清零计时器来进行时钟同步处理，从而，通过总线22连接的各避障检测器组件24都具有相同的计时起点，实现了同一机器人内部的时钟同步。另外，由于不同的机器人时基于相同的时钟同步控制信号进行时钟同步处理的，从而可以实现不同的机器人具有相同的计时起点，实现各机器人间的时钟同步。

在实际应用中，可以预先对各个机器人2进行编号，并且对每个机器人2中的各避障检测器243进行编号，从而针对每个机器人2中的任一避障检测器组件24来说，以其对应的机器人编号和避障检测器编号作为身份标识，可以预先将该身份标识写入对应的存储器242中，同时，也可以将控制对应的避障检测器243工作时间的控制策略预先写入微控制器241中。

举例来说，假设存在机器人A和机器人B，每个机器人中包含5个避障检测器组件，假设机器人A中的5个避障检测器分别为a1、a2、a3、a4、a5，机器人B中的5个避障检测器分别为b1、b2、b3、b4、b5，那么机器人A中的5个避障检测器组件中分别对应的存储器中存储的身份标识可以是：A-a1，A-a2，A-a3，A-a4，A-a5；机器人B中的5个避障检测器组件中分别对应的存储器中存储的身份标识可以是：B-b1，B-b2，B-b3，B-b4，B-b5。

在一种可选实现方式中，上述控制对应的避障检测器的工作时间的控制策略是基于分时控制的控制策略。该策略可以理解为是：按照避障检测器组件的编号顺序，规定每个避障检测器首次的工作时间以及相邻两次工作时间之间的时间间隔，其中，每次工作时间可以以起始工作时间和工作时长来表征。以上述的举例来说，假设每个避障检测器的每次的工作时长为20ms，第一个机器人A的第一个避障检测器a1的起始工作时间为1ms，则第二个避障检测器a2的起始工作时间为21ms，第三个避障检测器a3的起始工作时间为41ms，以此类推，则机器人A全部避障检测器工作一轮结束后，历时100ms。机器人B的第一个避障检测器b1的起始工作时间为101ms，则第二个避障检测器b2的起始工作时间为121ms，以此类推，则机器人B全部避障检测器工作一轮结束后，已经经历了200ms。此后，再次控制第一个机器人A的第一个避障检测器a1的起始工作时间为201ms，以此类推，反复进行上述第一个机器人A和第二个机器人B中各避障检测器的工作控制。

针对每个避障检测器组件24来说，为了使得该避障检测器组件24能够按照上述控制策略执行，一种可选地将该控制策略写入微控制器241中的实现方式为：针对每个避障检测器组件24进行独立的控制策略写入处理，即在每个避障检测器组件24的微控制器241中写入针对该避障检测器组件24来说，执行该控制策略所涉及到的参数：首次起始工作时间、每次工作时长、相邻两次起始工作时间之间的时间间隔。

上述实现方式在写入过程中，需要预先结合每个避障检测器组件24的身份标识，即其对应的机器人编号和避障检测器编号预先确定好每个避障检测器组件24对应的上述参数，即需要分别差异化写入针对每个避障检测器组件24的控制策略参数。

为了进一步简化写入过程的工作量和复杂度，相比于上述差异化写入的方式，本实施例中还提供一种统一写入的方式，即将如何确定对应的避障检测器243工作时间的算法统一写入各避障检测器组件24的微控制器241中，以使得各微控制器241自行计算对应避障检测器243的工作时间。其中，该算法对于各微控制器241来说是一致的，在实际执行时，各微控制器241从自身对应的存储器242中读取避障检测器组件的身份标识，即机器人编号和避障检测器编号，基于该身份标识确定对应的工作时间。进而，根据该工作时间控制对应的避障检测器243启动工作以及暂停工作。

避障检测器243，在其对应的工作时间内获得障碍物检测信号，并将障碍物检测信号发送至微控制器241，微控制器241将障碍物检测信号发送至总线22上，从而使得机器人控制器23获得该障碍物检测信号。

本实施例中，预先对各个机器人进行编号，并且对每个机器人中的各避障检测器进行编号，从而针对每个机器人中的任一避障检测器组件来说，以其对应的机器人编号和避障检测器编号作为身份标识。当机器人工作时，首先通过时钟同步处理，令各个机器人中的避障检测器组件时钟同步。进而，对于每个机器人中的每个避障检测器组件，根据其对应的身份标识确定其工作时间，由于各个避障检测器组件的身份标识各不相同，从而保证各机器人的各避障检测器组件的工作时间各不相同，如此，每个避障检测器组件对应的障碍物检测信号不会对其他避障检测器组件产生干扰，从而有助于提高障碍物检测结果的准确性。

图2为本实用新型实施例提供的避障控制系统实施例二的结构示意图，如图2所示，在图1所示实施例基础上，每个避障检测器组件24中还包括：

分别与微控制器241连接的第一计时器244和第二计时器245。

微控制器241，用于根据时钟同步控制信号控制第一计时器244重新启动计时。

本实施例中，每个连接在总线22上的避障检测器组件24中的微控制器241，在接收到机器人控制器23发送的时钟同步控制信号后，控制对应的第一计时器244清零，重新启动计时。

基于图1所示实施例中的说明，上述对多个机器人2中的各避障检测器组件24的分时控制策略，每个避障检测器组件24中避障检测器243具有固定的起始工作时间、固定的工作时长、固定的起始工作时间间隔，在该控制策略下，每个微控制器241可以基于对应的第一计时器244是否计时到对应的起始工作时间来控制对应的避障检测器243是否开启检测，以及根据第一计时器244自起始工作时间开始计时是否达到了一次工作时长来控制避障检测器243暂停工作，直到第一计时器244再计时达到再次开启工作的起始工作时间，控制避障检测器243再次开启检测，如此循环。

上述分时控制策略，简单来说，已经是预先固定设置好了每个避障检测器的工作时间信息，称为固定分时控制策略。

相对于该固定分时控制策略，本实施例中还提供了动态分时控制策略。其中，本实施例中该动态分时控制策略是指：针对一个机器人来说，仅固定设置其中的第一个避障检测器每次起始工作的工作时间，其他避障检测器的起始工作时间基于编号相邻的前一避障检测器的障碍物检测信号而确定，也就是说，相邻编号的避障检测器中，后一避障检测器工作的触发条件为接收到前一避障检测器检测获得的障碍物检测信号。

值得说明的是，固定分时控制策略下，工作时间可以理解为是规定了固定的每次起始工作时间和每次工作时长；而在动态分时控制策略下，该工作时间可以理解为：针对任一机器人中的第一个避障检测器来说，规定了固定的每次起始工作时间，而对于该第一个避障检测器的工作时长以及该机器人中的其他避障检测器的起始工作时间和工作时长都没有固定设置。

举例来说，假设机器人A中包含5个避障检测器，预先分别依次编号为a1、a2、a3、a4、a5。则假设预先设定第一个避障检测器a1的工作时间为计时到1ms时，则在a1对应的第一个避障检测器组件中的微控制器241基于第一计时器245的计时发现已经达到1ms时，控制a1开启检测，并在接收到a1反馈的障碍物检测信号后，控制a1暂停工作。此时，该微控制器241可以随即将接收到的障碍物检测信号发送到总线22上，从而，连接在总线22上的其他避障检测器组件能够接收到该障碍物检测信号。该障碍物检测信号中包含有第一个避障检测器组件的身份标识，该身份标识比如为A-a1。另外，第一个避障检测器a1的再次工作时间确定为首次起始工作时间之后预设时间间隔后的时间，比如，该时间间隔为100ms，则再次工作时间为101ms。该时间间隔可以根据预估一个机器人中全部避障检测器工作完成一次所需的时间来设定。

一方面，假设针对第二个避障检测器a2对应的第二个避障检测器组件来说，其接收到该障碍物检测信号，解析获得第一个避障检测器组件的身份标识，发现是与自己相邻的避障检测器组件，则控制自己对应的第二个避障检测器a2开始检测，并将其检测获得的障碍物检测信号再发送至总线22上。

另一方面，假设针对第三个避障检测器a3对应的第三个避障检测器组件来说，其接收到该障碍物检测信号，解析获得第一个避障检测器组件的身份标识，发现不是与自己相邻的避障检测器组件，则继续等待，直到接收到与自己相邻的第二个避障检测器a2对应的障碍物检测信号时，控制自己对应的第三个避障检测器a3开始检测，并将其检测获得的障碍物检测信号再发送至总线22上。

上述举例中仅以一个机器人A为例，当除了机器人A外还包括机器人B时，机器人B中的第一个避障检测器b1的首次工作时间可以根据机器人B对应的编号来确定。比如，假设机器人A为第一个机器人，编号为1，其首次工作时间设定为1ms，并假设一个机器人中全部避障检测器完成一次工作的总时间为100ms，机器人B若假设为第二个机器人，编号为2，则首次工作时间可以确定为：1+(2-1)*100ms＝101ms；机器人B若假设为第三个机器人，编号为3，则首次工作时间可以确定为：1+(3-1)*100ms＝201ms。对于机器人B中其他避障检测器的工作时间确定方式与机器人A中其他避障检测器的工作时间确定方式一致，不再赘述。

综上，每个避障检测器组件24中的微控制器241是基于如下策略控制对应的避障检测器工作的：

在基于时钟同步控制信号将对应的第一计时器245清零后，读取对应存储器242中的机器人编号和避障检测器编号。若发现该避障检测器编号为所属机器人中的第一个避障检测器编号，则在第一计时器245计时到预设的第一个避障检测器的工作时间时，控制对应的避障检测器开始检测，其中，该第一个避障检测器的工作时间与机器人编号有关；若发现该避障检测器编号不为所属机器人中的第一个避障检测器编号，则等待接收总线22上的障碍物检测信号，若接收到包含有相邻的前一避障检测器编号的障碍物检测信号，则控制对应的避障检测器开始检测。

可选地，在本实施例中，微控制器241可以根据如下方式确定读取到的机器人编号和避障检测器编号是否为第一个机器人编号以及某个机器人中的第一个避障检测器编号：

在存储器242中，关联存储有机器人编号对应的标志位以及避障检测器编号对应的标志位，如果是第一个，则对应的标志位为1，否则为0。从而，基于该标志位确定是否为第一个机器人编号，以及是否为第一个避障检测器编号。

另外，可选地，为了防止总线22上的障碍物检测信号的阻塞，每个微控制器241可以在接收到对应避障检测器243的障碍物检测信号时，控制第二计时器245启动预设时间长度的计时，并在达到预设时间长度时，将障碍物检测信号发送至总线22上，即延时发送障碍物检测信号到总线22上。

另外，可选地，每个避障检测器组件24中还包括：

低压差线性稳压器246，低压差线性稳压器246的一端与微控制器241连接，另一端与供电电源连接，以保证稳定的电源供应。

可选地，总线22可以为CAN总线，每个避障检测器组件24中还包括：

CAN收发器247，CAN收发器247的一端与微控制器241连接，另一端与CAN总线22连接。

综上，本实施例中，针对一个机器人来说，可以根据其中各避障检测器组件的机器人编号和避障检测器编号，差异化地向其中的各避障检测器组件中的微控制器写入控制对应避障检测器工作的控制策略——动态分时控制策略。具体地，当避障检测器编号显示为对应机器人中的第一个避障检测器时，根据对应机器人编号确定首次工作时间，根据预设的时间间隔，确定后续各次的工作时间；当避障检测器编号显示不为对应机器人中的第一个避障检测器时，每次根据前一个避障检测器的障碍物检测信号的接收时刻确定工作时间。

上述动态分时控制策略，由于前一避障检测器的障碍物检测信号作为后一避障检测器的触发条件，可以保证相邻避障检测器工作的无缝衔接和工作时间充分被利用。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

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产品的形式体现出来，该计算机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实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。