-10Κ均可)电阻到Vcc，连接图可见图6。KS104默认地址为0xe8，由微处理器ATMEGA328中的一个I2C接口挂载多个超声波模块，必须修改地址，地址范围为以下20个地址:0xd2，0xd4,0xd6, 0xd8, Oxda, Oxdc, Oxde, OxeO, 0xe4, 0xe6, 0xe8, Oxea, Oxec, Oxee, 0xf8, Oxfa, Oxfc, Oxfe。并由不同的地址区分超声波模块，图3、4中超声波模块的编号就是根据不同的地址来区分的。
[0050]微处理器ATMEGA328根据各个超声波模块传送的数据，将其转换为距离信息，此距离为当前机器人与障碍物之间的距离。每个超声波的模块安装固定，编号唯一，因此又可知障碍物在机器人的相对方位。
[0051]分布式超声波的探测范围见下图5，超声波探测到障碍物后会将时间间隔传回到处理器ATMEGA328，处理器会计算出距离。
[0052]由于环境的不确定性，当机器人在预定轨迹前进时，如果出现障碍物，此时预定的轨迹已不能满足最优或安全要求，就要求对轨迹进行重规划。本发明提出了一种基于分布式超声波的避障方法，在遇到障碍物时快速绕过该障碍物回归到预定轨迹继续前进。
[0053]由超声波的工作原理可知，测量的为相对距离(相对于障碍物)。微处理器ATMEGA328根据各个超声波模块传送的数据，将其转换为距离信息，每个超声波模块安装位置固定，编号唯一，因此可知障碍物在机器人的相对方位和相对距离，由于超声波不能精确到障碍物的具体角度，本发明认定在该超声波广角方位内，均认为是障碍物区域。由机器人距离同一障碍物区域的相对距离，计算出机器人在该方位往障碍物区域方向的速度。若超声波测量的返回距离值在避障距离外，则按照预定轨迹继续前进；反之，则执行避障算法，进行路径重新规划。
[0054]基于分布式超声波的避障策略在任务区域内进行路径规划，通过从起始点逐步迭代的增量方式进行临时点的构造来构建路径，类似树的生长。首先是在任务区域内选定起始点和目标终点，生成一条从起始点指向目标终点的直线路径；由分布式超声波探测周围环境，若分布式超声波探测的返回值在避障距离1范围，且在该方位靠近障碍物，则从当前位置随机生成η个步长距离为ε (步长ε需小于设定的避障距离1)的新临时点，由分布式超声波分别探测这延伸的η个新临时点是否跟障碍物区域冲突(生成的新临时点方位是否在超声波探测到的障碍物区域内)，若无冲突接受该新临时点；若新临时点与障碍物区域有冲突，说明该次扩展出的新临时点不符合安全要求，则舍弃该新临时点，至少保证这η个新临时点中有2个新临时点符合安全要求，否则重新按上述方式重新生成新的临时点。所有临时点中选择距离目标终点近的临时点，并称之为临近目标点，按照临近目标点方向前进一个步长，再由临近目标点生成一条由当前点指向目标终点的直线路径；若未探测出障碍物或机器人运动方向在远离障碍物，则继续保持预定轨迹继续前进。通过这样不断的延伸扩展，当到达目标位置时，任务完成。避障方法中路径规划的示意图如图7所示二维空间内基于分布式超声波避障路径规划步骤如下
[0055]避障策略具体步骤如下:
[0056]步骤1)，设定起始点和目标位置，生成一条由起始点指向目标位置的直线路径，并将此作为前进路径；
[0057]步骤2)，判断机器人是否到达目标位置，如果未到达，转向步骤3)，否则说明任务已完成，转向步骤9)；
[0058]步骤3)，各个超声波模块探测周围环境，判断障碍物区域，若存在超声波模块探测到障碍物且障碍物与机器人之间的距离之小于预先设定的避障距离1，转向步骤4)，否则转向步骤8);
[0059]步骤4)，计算机器人在该方位的运动速度，通过运动速度判断机器人是否在往障碍物区域运动，若计算机器人在该方位的运动速度为非负，转向步骤5)，否则转向步骤8);
[0060]步骤5)，按照预先设定的步长ε随机生成η条以当前位置为起点、方向随机、长度为ε的路径，并分别判断该η条直线路径沿前进方向的延长线与障碍物区域是否有交集，如果其中延长线与障碍物区域没有交集的直线路径少于2条，则重新生成路径，直到延长线与障碍物区域没有交集的直线路径大于等于2条，η为大于等于2的自然数；
[0061]步骤6)，在所有延长线与障碍物区域没有交集的直线路径中选择终点距离目标位置长度最小的路径，按照该路径前进，前进距离为ε ;
[0062]步骤7)，生成由当前位置指向目标位置的直线路径，并将此作为前进路径，转向步骤8);
[0063]8)，机器人按照前进路径前进，转向步骤2);
[0064]9)，机器人到达目标位置，停止避障。
[0065]图8是机器人轨迹规划的总体流程图。
[0066]本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0067]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种分布式超声波避障系统，其特征在于，包含载体、处理器、若干个超声波模块； 所述载体用于装载所述处理器和超声波模块，并接受所述处理器的指令进行避障； 所述若干个超声波模块设置在所述载体上，其发射方向朝外，且相邻两个超声波模块的发射方向之间的夹角均相等； 所述处理器用于计算各个超声波模块方向障碍物的探测距离、并发送避障指令给所述载体。2.根据权利要求1所述的分布式超声波避障系统，其特征在于，所述若干个超声波模块呈等六边形分布。3.根据权利要求1所述的分布式超声波避障系统，其特征在于，所述若干个超声波模块呈等八边形分布。4.根据权利要求1所述的分布式超声波避障系统，其特征在于，所述处理器采用ATMEGA328 模块。5.根据权利要求4所述的分布式超声波避障系统，其特征在于，所述超声波模块的型号为KS103。6.根据权利要求5所述的分布式超声波避障系统，其特征在于，所述超声波模块与处理器之间通过I2C接口相连。7.基于权利要求1所述的分布式超声波避障系统的避障方法，其特征在于，包含以下步骤: 步骤1)，设定起始点和目标位置，生成一条由起始点指向目标位置的直线路径，并将此作为前进路径； 步骤2)，判断载体是否到达目标位置，如果未到达，转向步骤3)，否则说明任务已完成，转向步骤9)； 步骤3)，各个超声波模块探测周围环境，判断障碍物区域，若存在超声波模块探测到障碍物且障碍物与载体之间的距离小于预先设定的避障距离，转向步骤4)，否则转向步骤8)； 步骤4)，计算载体在该方位的运动速度，通过运动速度判断机器人是否在往障碍物区域运动，若计算载体在该方位的运动速度为非负，转向步骤5)，否则转向步骤8)； 步骤5)，生成η条从当前位置出发、方向随机、长度为预先设定的步长的直线路径，并分别判断该η条直线路径沿前进方向的延长线与障碍物区域是否有交集，如果延长线与障碍物区域没有交集的直线路径少于2条，则重新生成路径，直到延长线与障碍物区域没有交集的直线路径大于等于2条，其中，η为大于等于2的自然数，预先设定的步长的长度小于预先设定的避障距离； 步骤6)，在所有延长线与障碍物区域没有交集的直线路径中选择终点距离目标位置长度最小的路径，按照该路径前进，前进距离为所述预先设定的步长； 步骤7)，生成由当前位置指向目标位置的直线路径，并将此作为前进路径，转向步骤8)； 8)，载体按照前进路径前进，转向步骤2); 9)，载体到达目标位置，停止避障。
【专利摘要】本发明公开了一种分布式超声波避障系统及其避障方法，避障系统包含载体、处理器、若干个超声波模块，其中，载体用于装载所述处理器和超声波模块；若干个超声波模块设置在所述载体上，发射方向朝外，且相邻两个模块发射方向之间的夹角均相等；处理器用于计算各个超声波模块方向障碍物的探测距离、并发送避障指令给所述载体。本发明工作时，首先判断障碍物是否在预先设定的避障范围内，然后判断载体在障碍物方向速度是否非负，若为非负，则按照预先设定的步长从当位置随机生成至少两条不经过障碍物区域的路径，按照该路径前进一个步长，然后从当前点沿直线朝终点前进。本发明成本低廉，适应性强，具有较大的实用价值。
【IPC分类】G01S15/93
【公开号】CN105372664
【申请号】CN201510412782
【发明人】薛亮, 王新华, 刘翎予, 孙一力, 贾森
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年7月14日