应用于随动小车上的红外测距引导方法与流程

文档序号：13163718阅读：2341来源：国知局

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本发明涉及利用红外测距传感器搭建的模块实时检测跟随对象的位置信息的技术，尤其适用于在一定范围内能被移动物体引导的随动小车。

背景技术：

智能小车的控制方式有遥控、声控等方式，但是这些方式都存在着不能准确获取跟随对象的位置信息的弊端。

技术实现要素：

发明目的：

本发明提供一种随动小车上的红外测距引导方法，其目的是解决以往所存在的问题，是一种红外测距传感器搭建的模块实时检测目标对象的位置信息的技术。

技术方案：

应用于随动小车上的红外测距引导方法，其特征在于：该方法利用红外测距传感器搭建的模块实时检测跟随对象的位置信息，以实现随动小车在一定范围内被移动物体引导；所述方法的具体步骤如下：

(1)、在小车上设置两个红外测距传感器以便搭成红外测距传感装置，红外测距传感器基于三角测量原理，通过红外发射器发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，反射回来的红外光线被小车上的接收器接收，传感器利用ccd检测器对发射与接收之间的时间差数据进行检测到以后，计算获得偏移值，由信号处理器处理以电压的形式输出，利用三角关系和几何关系计算得到传感器到物体的距离；

(2)、利用两个红外测距传感器在小车上搭成的红外测距传感装置，在小车和跟随对象间建立二维坐标系统，传感器以一定的频率不断扫描相应范围，记录跟随对象的初始位置信息，当跟随对象移动时，变化的位置信息输出变化的电压值，小车得传感器到跟随对象的位置信息的变化；

(3)、再采用逐次逼近式ad转换器将传感器测得的变化的电压模拟量信息转换为与其相应的数字量信息发送给中央处理器，根据预先的程序设定，小车与物体始终保持初始位置，所以小车根据变化的位置信息进行移动，以实现准确判断跟随对象的移动位置、方向、速度，实现随时跟随目标运动，且躲避前方障碍物的功能。

(2)步骤中通过多个红外测距传感器所测得的随动小车与目标对象距离建立二维坐标系，判断目标对象所在位置、方向，实现随动小车的随动性。

为了使红外测距传感装置能检测到跟随对象的范围最大，需要两个红外测距传感器能够扫描的重叠的面积最大；

具体操作如下：

①、以小车的左边和上边为x、y轴，建立直角坐标系。两个红外测距传感器a、b的摆放位置为根据红测距射程范围最小为10厘米确定a传感器放置在圆心，b传感器放置y轴下方距离原点10厘米处；

②、根据计算可知，两个红外测距传感器a、b最大允许角度相同时，a、b传感器的重叠面积最大；

③、确定a、b传感器的摆放角度，d为90°，此刻a、b的重叠面积为0；将传感器a顺时针旋转，重叠面积增加，直到d为135°，传感器a、b右侧边完全重合，此时重叠面积最大；当传感器a继续顺时针旋转，重叠面积将逐渐减小。

④结合以上步骤中得出的结果：

以b为圆心的圆的方程：

dx²+(y+10)²＝6400(1)

直线ab的方程：

y＝xtand(2)

由(1)、(2)得

x²+x²tand²+100+20xtand＝6400(3)

d：点x轴坐标

(1+tand²)x²+20dtanx-6300＝0(4)

把(3)带入(4)得

其中，s为传感器a、b的重叠面积，d为传感器a左侧边到x轴正半轴角度，x为红外测距传感器测距最大射程范围。

如果角度d确定，传感器a、b的重叠面积随着红外测距最大射程范围x的增大而增大。

令x取80dm，d取135°时重叠面积最大，smax＝3291.7cm²。

优点效果：

本发明采用随动方式控制小车，小车能准确获取跟随对象的位置信息，判断目标对象所在位置、方向，实现随动小车跟随目标对象运动。

由两个红外测距传感器在小车上搭成红外测距传感装置，在小车和跟随对象间建立非标准二维坐标系统，记录初始位置信息，当物体移动时，变化的位置信息输出变化的电压值，再采用逐次逼近法的a/d转换器将输出的电压值转换为与其相应的数字信号传送给中央处理器，小车得到跟随对象的位置信息的变化，根据预先的程序设定，小车与物体始终保持初始位置，所以小车根据变化的位置信息进行移动。

红外测距传感器中的发射器发射红外线，遇到障碍物反射时被接收器接收，传感器利用ccd检测器对发射与接收之间的时间差数据进行检测、计算后，由信号处理器处理以电压的形式输出，再采用逐次逼近法的a/d转换器将输出的电压值转换为与其相应的数字信号。利用两个红外测距传感器在小车上搭成红外测距传感装置，在小车和跟随对象间建立二维坐标系统，记录初始位置信息，当物体移动时，变化的位置信息输出变化的电压值，小车得到跟随对象的位置信息的变化，根据预先的程序设定，小车与物体始终保持初始位置，所以小车根据变化的位置信息进行移动，以实现准确判断跟随对象的移动位置、方向、速度，实现随时跟随目标运动，且可躲避前方障碍物的功能。

通过多个红外测距传感器所测得的随动小车与目标对象距离建立二维坐标系，判断目标对象所在位置、方向，实现随动小车的随动性。

通过搭载的红外测距传感器，感知前方是否出现障碍物，使随动小车自动调整运动方向，远离障碍物，智能应对复杂环境的避障，实现随动小车的避障性。通过搭载的红外测距模块，感知跟随对象的移动状态变化，使随动小车实时跟随目标对象速度的变化而变化，保证随动小车和目标对象的相对距离，实现随动小车的随动性。

综上所述，本发明主要实现小车能准确判断目标对象的移动位置、方向、速度的目的，同时也实现随时跟随目标运动、且可躲避前方障碍物的功能。

附图说明

图1为本发明某目标对象c在坐标轴示意图；

图2为逐次逼近式ad转换器原理图；

图3为本发明两个红外测距传感器摆放角度为90°时位置示意图；

图4为本发明两个红外测距传感器摆放角度为135°时位置示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述。

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同，距离近则反射光强，距离远则反射光弱的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号。红外测距传感器基于三角测量原理，红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当红外的检测方向遇到障碍物时，反射回来的信号被ccd检测器检测后，获得偏移值，利用三角关系和几何关系可计算得到传感器到目标对象的距离，经信号处理器处理后的数据以电压的形式输出，再采用逐次逼近法的a/d转换芯片将输出的电压值转换为与其相应的数字信号。

利用两个红外测距传感器在小车上搭成红外测距传感装置，在小车和跟随对象间建立二维坐标系统，传感器以一定的频率不断扫描相应范围，当有物体出现时，可收集到不同的距离信息，当物体移动时，两个传感器接受的位置信息也在变化。这种不断变化的距离信息，直接影响传感器输出的电压值变化。再由ad转换器将传感器测量输出的电压模拟量信息转换为数字量信息发送给中央处理器。带有中央处理器的小车首先接收到物体初始位置信息，当物体移动时，小车了解跟随对象的位置信息的变化，根据预先的程序设定，小车与物体始终保持初始位置信息，所以小车根据变化的位置信息进行移动，以实现准确判断跟随对象的移动位置、方向、速度，实现随时跟随目标运动，且可躲避前方障碍物的功能。

图1为本发明某目标对象c在坐标轴示意图，如图1所示，以小车左上顶点为原点o建立直角坐标系，在传感器a、b都可识别的范围内的某一点c坐标为(x,y),到o点距离为l，与x轴正半轴夹角为e,由此可得到物体的初始位置信息。图1中当某点c移动时，c点到原点o的距离和角度在变化，相应的传感器的输出电压值在变化，采用逐次逼近法的a/d转换器将变化的电压值转换成变化的数字量，得到的变化的数字量发送给中央处理器处理，根据预先的程序设定，小车与物体始终保持初始位置信息，所以小车根据变化的位置信息进行移动，实现移动物体引导，智能小车随动的功能。

图2为逐次逼近式ad转换器原理图，如图2所示，逐次逼近法a/d转换器是由一个比较器、d/a转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a转换器，经d/a转换后生成的模拟量送入比较器，称为vo，与送入比较器的待转换的模拟量vi进行比较，若vo<vi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送d/a转换器，输出的vo再与vi比较，若vo<vi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出发送给中央处理器处理。

为了使红外测距传感装置能检测到跟随对象的范围最大，需要两个红外测距传感器能够扫描的重叠的面积最大。