專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)紅外線輻射進(jìn)行障礙探測(cè)及距離測(cè)量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法涉及一種測(cè)量第一物體和第二物體之間距離的方法。本發(fā)明同樣涉及探測(cè)所述第二物體的方法，所述第二物體可以是可能存在于所述第一物體周邊的一個(gè)方位未知的障礙，第一物體主要是機(jī)器人之類(lèi)的遙控機(jī)械裝置。本發(fā)明還涉及探測(cè)障礙及測(cè)量第一物體和第二物體之間的距離的裝置。
具體的，本發(fā)明涉及一種使用紅外線發(fā)送器和紅外線接收器的無(wú)接觸的探測(cè)障礙及進(jìn)行測(cè)量距離的方法。
背景技術(shù)：
目前存在多種無(wú)接觸測(cè)量距離的系統(tǒng)，可根據(jù)所使用的光束(激光、紅外線或超聲波)或測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)(干擾、測(cè)量傳播時(shí)間、光束的截?cái)?、三角測(cè)量)分類(lèi)。主要使用如下系統(tǒng)-紅外線激光測(cè)距儀，帶有一個(gè)發(fā)射激光紅外線的光源，在激光紅外線上迭加反射光束。兩個(gè)信號(hào)相加便產(chǎn)生了干擾，干擾取決于光束的行進(jìn)長(zhǎng)度。這種測(cè)量方法可以極為準(zhǔn)確地測(cè)定距離并非常準(zhǔn)確地定位一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。然而，這個(gè)系統(tǒng)所要求的技術(shù)很復(fù)雜，成本高昂。另外，它還需要一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)容易被損壞。
-超聲波測(cè)距儀，工作方式為發(fā)射超聲波并測(cè)定聲音返回發(fā)射器所用的時(shí)間。由于聲音在空氣中的傳播速度很慢，因此很容易精確地測(cè)定信號(hào)的行進(jìn)時(shí)間。事實(shí)上，聲音遇到障礙物的時(shí)候會(huì)反射回來(lái)，我們就可以利用接收超聲波回波的探測(cè)器所顯示的時(shí)間并根據(jù)傳播的環(huán)境來(lái)確定障礙物的距離。超聲波在空氣中的吸收現(xiàn)象很?chē)?yán)重，距離越大吸收現(xiàn)象就越嚴(yán)重。因此這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于吸收率小許多的多水的環(huán)境或液體環(huán)境，用于海底顯影(聲納)或醫(yī)療圖像(超聲波回波掃描記)。此外，這種使用超聲波的方法也并不具備太大的指導(dǎo)性。事實(shí)上，它對(duì)支撐物的依賴性很強(qiáng)，而且會(huì)被氣流或水流擾亂。另外，它可能會(huì)對(duì)光滑的表面提供錯(cuò)誤的信息，因?yàn)槁暡ㄔ谝粋€(gè)方向上會(huì)完全反射(反射鏡效應(yīng))。MURATA公司生產(chǎn)這種類(lèi)型的傳感器，型號(hào)為MA40。
-還有一些基于紅外線輻射的探測(cè)和測(cè)量距離的方法和裝置。這些使用紅外線輻射的技術(shù)可分為以下幾種類(lèi)型*第一種類(lèi)型建立在傳統(tǒng)的三角測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，并廣泛應(yīng)用于商業(yè)傳感器，*第二種類(lèi)型基于對(duì)發(fā)射出的信號(hào)和接收到的信號(hào)的相位差的測(cè)量，*最后一種類(lèi)型是測(cè)定一束紅外線激光傳播的時(shí)長(zhǎng)。這樣的系統(tǒng)雖然測(cè)量結(jié)果非常準(zhǔn)確，但其本身也很復(fù)雜，并且很昂貴。
LYNXMOTION公司銷(xiāo)售一種名為IRPD(紅外線接近探測(cè)器)的使用紅外線三角測(cè)量的測(cè)距儀，主要由兩個(gè)電子發(fā)光二極管紅外線發(fā)射器、一個(gè)紅外接收器(GP1U58Y)以及一個(gè)連續(xù)給兩個(gè)電子發(fā)光二極管供電并監(jiān)測(cè)反射情況的微控制器。這種探測(cè)是不同步的，兩個(gè)電子發(fā)光二極管輪流工作。這兩個(gè)電子發(fā)光二極管由一個(gè)可調(diào)的振蕩器來(lái)進(jìn)行調(diào)制。感應(yīng)器的靈敏度由加在振蕩器上的頻率來(lái)控制實(shí)際上接收器上帶有過(guò)濾器，可以使它對(duì)調(diào)制在38千赫的紅外波反應(yīng)敏捷，這可以使周?chē)h(huán)境(如自然光)的干擾達(dá)到最小化。這個(gè)系統(tǒng)的主要缺陷在于探測(cè)范圍小。事實(shí)上，它只能探測(cè)到距其15到30厘米范圍內(nèi)的障礙物。
還有其它一些系統(tǒng)，其中DIRRS(由HVW科技公司銷(xiāo)售的紅外線測(cè)距系統(tǒng))和IRODS(同樣由HVW科技公司銷(xiāo)售的紅外線障礙探測(cè)系統(tǒng))性能最好，它們運(yùn)用的是同步三角測(cè)量原理。系統(tǒng)的運(yùn)行全靠使用PSD(定位感應(yīng)器)和聚焦反射回來(lái)的紅外信號(hào)的光學(xué)透鏡。PSD可以根據(jù)紅外線撞擊的位置來(lái)改變輸出信號(hào)的類(lèi)型。上述兩種裝置的最大區(qū)別只是它們的輸出信號(hào)的類(lèi)型不同，一個(gè)是模擬信號(hào)(IRODS)，另一個(gè)是數(shù)字信號(hào)(DIRRS)。這些探測(cè)器不僅可以顯示感應(yīng)器前是否有物體存在，還可以顯示潛在障礙物的距離可通過(guò)電壓實(shí)現(xiàn)(如IRODS)，或通過(guò)8比特編碼的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(如DIRRS)。但他們只有在10厘米到80厘米的距離范圍之內(nèi)能準(zhǔn)確測(cè)定距離。DIRRS系統(tǒng)借助夏普GP2DO2接收器工作，而IRODS系統(tǒng)則借助夏普GP2DO5接收器工作。
-另外一些系統(tǒng)是建立在信號(hào)的相位差原理上的。這些裝置可以實(shí)現(xiàn)近距離的探測(cè)。它們由多個(gè)固定在小型的紅外接收器頂部的電子發(fā)光二極管發(fā)射器組成，并排列在機(jī)器人周?chē)?。?dāng)其中的一個(gè)二極管接收器發(fā)射的紅外線被面前可能存在的物體反射回來(lái)時(shí)，接收器會(huì)探測(cè)到反射回來(lái)的紅外線輻射強(qiáng)度，該強(qiáng)度會(huì)被轉(zhuǎn)化為成比例的模擬電壓。根據(jù)所發(fā)射出的信號(hào)和接收到的信號(hào)之間的相位差就可以確定物體和接收器之間的距離。這些系統(tǒng)中通常使用對(duì)頻率在38千赫左右的波長(zhǎng)很敏感的夏普接收器(GP1U52X或GPU58X)。
這些系統(tǒng)之間的主要區(qū)別一方面在于機(jī)器人周?chē)O管發(fā)射器的排列，另一方面在于對(duì)所發(fā)射的紅外線之間的干擾的考慮。事實(shí)上，接收器能探測(cè)到與其配套的發(fā)射器之外的發(fā)射器所發(fā)射的紅外線反射回來(lái)的光線。因此，物體方向和距離的變化會(huì)被曲解。
對(duì)于采用信號(hào)相位差的方法來(lái)說(shuō)，干擾的存在給距離的測(cè)定帶來(lái)麻煩。而在三角測(cè)量法中，干擾反而有助于增加測(cè)量的準(zhǔn)確性。
在前面介紹的裝置中，二極管的電源電路設(shè)計(jì)為每次只能為一個(gè)傳感器供電，或者傳感器(發(fā)射器和接收器的組合)被安裝在一個(gè)圍繞一條軸轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)上以便向多個(gè)方向進(jìn)行探察。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種距離測(cè)量或探測(cè)障礙的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以輕松地被安裝在小型家用機(jī)器人上，因此該系統(tǒng)也足夠小巧輕便，以便被小型機(jī)器人負(fù)載并且不妨礙它們的行動(dòng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種盡可能經(jīng)濟(jì)而性能最優(yōu)化的距離測(cè)量或障礙探測(cè)系統(tǒng)，尤其是提供一種探測(cè)范圍主要在0到10米以上并且測(cè)量結(jié)果精確到厘米的系統(tǒng)。
本發(fā)明還有一個(gè)目的，那就是實(shí)現(xiàn)一種帶數(shù)字輸出口的探測(cè)和測(cè)距裝置，輸出口可以連接到一個(gè)并行的端口并由機(jī)器人的指令處理器控制。
首先，本發(fā)明涉及探測(cè)和測(cè)量第一物體和第二物體之間的距離的方法，本方法本身包括以下步驟a)自固定在上述第一物體上并被提供一電發(fā)射信號(hào)的發(fā)射器發(fā)射紅外線輻射的步驟；b)上述紅外線輻射被第二物體反射后，在接收器上探測(cè)返回的紅外線輻射的步驟；上述接收器被固定在第一物體上靠近發(fā)射器的地方，生成表示接收的電信號(hào)。
本方法的特點(diǎn)是它還包括以下步驟-逐漸改變發(fā)射器發(fā)出的紅外輻射的功率，控制上述表示發(fā)射的電信號(hào)，直至所發(fā)射的紅外線的功率達(dá)到探測(cè)功率(PS)，在這個(gè)探測(cè)功率(PS)上，紅外線在被第二物體反射后可以被接收器探測(cè)到。
-根據(jù)上述探測(cè)功率(PS)計(jì)算第一物體和第二物體間的距離(D)主要使用事先擬訂的刻度校準(zhǔn)來(lái)建立距離(D)和探測(cè)功率(PS)間的關(guān)系。
本方法通常用于大氣環(huán)境，用來(lái)探測(cè)固體材料的物體。但它也可以用于所有紅外線可穿透的空間。本方法所應(yīng)用的物理原理是發(fā)送調(diào)制的紅外信號(hào)并測(cè)定反射作用所接收的能量。由于距離越遠(yuǎn)，所能接收的能量越小，所以可增加光源所發(fā)射的波的功率直至得到可以被接收器探測(cè)到的回波。本原理的一個(gè)獨(dú)特性便是如果相對(duì)于到障礙物的距離而言所發(fā)射的光波的功率(通常與發(fā)射器的控制信號(hào)的振幅相關(guān))不夠，反射波不會(huì)被接收器探測(cè)到；因此在探測(cè)障礙物發(fā)射的反射信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)發(fā)射器發(fā)射紅外線，其功率遞增直至接收器探測(cè)到信號(hào)，借此來(lái)測(cè)定距離。如果系統(tǒng)的發(fā)射功率已達(dá)到最大值仍然沒(méi)有探測(cè)到物體，則意味著在搜索方向上給定的有意義的距離內(nèi)沒(méi)有障礙物。相反，如果接收器接收到和探測(cè)到回波，最好核實(shí)一下該回波是否是所發(fā)射的信號(hào)的回波。
在此處“接收器”是指一個(gè)在接收到強(qiáng)度足夠大的紅外線輻射時(shí)會(huì)發(fā)射一個(gè)電信號(hào)的裝置。通常，這些紅外接收器由光電晶體管或光敏二極管組成，工作原理是將紅外線轉(zhuǎn)換為電壓。
優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的方法中a)通過(guò)一個(gè)帶有電子發(fā)光二極管的發(fā)射器發(fā)射特殊波長(zhǎng)的紅外線，最好在850nm和950nm之間；b)使用一個(gè)帶有一個(gè)光電晶體管或光敏二極管的(或由光電晶體管或光敏二極管組成的)接收器，專(zhuān)門(mén)用于探測(cè)上述波長(zhǎng)。
為了將發(fā)射光源和其他發(fā)射同樣波長(zhǎng)的光源區(qū)分開(kāi)來(lái)，優(yōu)選使用一個(gè)接收器專(zhuān)門(mén)探測(cè)具有特定的脈沖頻率(又稱(chēng)為“載波頻率”)的以脈沖模式發(fā)射的紅外波，該紅外波脈沖模式是通過(guò)根據(jù)雉堞電信號(hào)或“方塊信號(hào)”產(chǎn)生的發(fā)射器的間歇式電源生成的。
事實(shí)上，通常我們可以在市場(chǎng)上找到專(zhuān)門(mén)的接收器接收有設(shè)定的脈沖頻率以脈沖模式發(fā)射的波。這些接收器的特點(diǎn)是它們可應(yīng)對(duì)紅外波的波長(zhǎng)和電源電流的載波頻率的雙重特性。上述載波頻率通常在30千赫到60千赫之間，主要是38千赫。事實(shí)上我們避免使用專(zhuān)門(mén)針對(duì)電網(wǎng)頻率(50到60赫茲)的接收器。
為了生成根據(jù)雉堞形電信號(hào)或“方塊信號(hào)”產(chǎn)生的發(fā)射器的電源，發(fā)射器通常聯(lián)接在一個(gè)晶體管上。
更具體地說(shuō)，我們可以根據(jù)有利的實(shí)現(xiàn)模式完成以下步驟a)根據(jù)帶有某一特定脈沖頻率的模式發(fā)射紅外線；b)只有當(dāng)反射回來(lái)的波具有同樣的脈沖頻率時(shí)，接收器才能探測(cè)。
二極管發(fā)射器的脈沖式電源可以大大擴(kuò)大發(fā)射范圍。事實(shí)上，當(dāng)紅外波的發(fā)射時(shí)長(zhǎng)縮短，波的發(fā)射功率就有可能會(huì)增大。事實(shí)上，只有在時(shí)間很短的情況下，紅外二極管才能發(fā)射強(qiáng)大的功率，并承受短暫的超負(fù)荷狀態(tài)。這樣我們就能探測(cè)到離傳感器距離很遠(yuǎn)的物體。
而且，這種脈沖模式的紅外波發(fā)射方式可以不增加已經(jīng)被紅外線環(huán)繞的空間的負(fù)荷，可以和其它系統(tǒng)的測(cè)量活動(dòng)互不干擾。
為了增加本裝置的獨(dú)特性，尤其是當(dāng)同類(lèi)的其它裝置在近處工作且它們的發(fā)射器發(fā)射載波頻率相同的紅外波時(shí)，我們可以在發(fā)射器的電源電信號(hào)中加入一個(gè)簽名(或編碼)，使發(fā)射器發(fā)射的紅外線帶有發(fā)射器本身特有的簽名。這個(gè)數(shù)字簽名有特定的位數(shù)，一般不少于4比特，它可以加載(或連接)在脈沖頻率上。
如果接收器所接收的信號(hào)的簽名與和所發(fā)射的信號(hào)一致，就意味著探測(cè)到一個(gè)障礙物。傳感器和障礙物之間的距離可以根據(jù)發(fā)射功率和探測(cè)信號(hào)所用的靈敏度推算出來(lái)。如果探測(cè)到的信號(hào)的數(shù)字簽名不一致，則說(shuō)明接收的信號(hào)來(lái)自另一個(gè)信號(hào)源，我們可以認(rèn)為沒(méi)有探測(cè)到任何障礙物。
因此，在以本發(fā)明為依據(jù)的方法的一種有利的實(shí)現(xiàn)模式中，
-上述發(fā)射器和接收器帶有晶體管或聯(lián)接在晶體管上，這樣可以根據(jù)波是否被發(fā)射器發(fā)射以及波是否被接收器探測(cè)到而生成“0”或“1”的邏輯電信號(hào)；-所發(fā)射的脈沖紅外波的上述脈沖模式是通過(guò)發(fā)射器電源根據(jù)雉堞電信號(hào)生成的，即定的脈沖頻率或稱(chēng)為載波頻率主要為38千赫，提供給發(fā)射器的電信號(hào)中帶有上述數(shù)字簽名；-比較向發(fā)射器發(fā)送的電信號(hào)和幾乎同時(shí)由接收器提供的電信號(hào)，核對(duì)接收器提供的電信號(hào)是否帶有和發(fā)射器電源的電信號(hào)相同的數(shù)字簽名；就這樣，一個(gè)連接發(fā)射器和接收器的電子線路引發(fā)了紅外信號(hào)的發(fā)射，并同時(shí)開(kāi)始探測(cè)這個(gè)信號(hào)。由于需要測(cè)量的最大距離為10米左右，因此本發(fā)明有另一個(gè)創(chuàng)新的優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，那就是可以假設(shè)在這種距離范圍內(nèi)，紅外波的傳播時(shí)間可以忽略不計(jì)(波在10米的范圍往返一次的時(shí)間為66n)。
在以本發(fā)明為依據(jù)的方法的一種實(shí)現(xiàn)模式中，a)通過(guò)由有場(chǎng)效應(yīng)的晶體管(可以為發(fā)射器提供有2的n次方個(gè)不同強(qiáng)度值的強(qiáng)度遞增的電流)控制的n個(gè)不同的電阻值，發(fā)射包括2的n次方個(gè)不同的輻射功率值的功率可變的紅外線。通過(guò)晶體管的邏輯指令調(diào)節(jié)電流，使發(fā)射功率的逐步變化通過(guò)一個(gè)以n比特編碼的數(shù)字信號(hào)而置于在晶體管的指令下。這個(gè)數(shù)字編碼對(duì)應(yīng)n晶體管發(fā)出的n邏輯指令。
b)在已經(jīng)得到的2的n次方個(gè)不同的距離值(記錄在測(cè)量系統(tǒng)的存儲(chǔ)器里)之中，根據(jù)和探測(cè)功率相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)確定第一物體和第二物體之間的距離D。
更具體的，我們使用一個(gè)能夠發(fā)射最大輻射功率(設(shè)為P1)的二極管發(fā)射器和一個(gè)能夠探測(cè)最小輻射功率(設(shè)為P2)的二極管接收器。P1和P2的值使我們可以測(cè)定0.5米至5米范圍內(nèi)的距離，特別是當(dāng)P1的值在250到500毫瓦/球面度之間而P2的值在0.1到10mw/Sr(毫瓦/球面度)之間時(shí)，更可以測(cè)定0.1米至10米范圍內(nèi)的距離。
更具體的，我們的系統(tǒng)可以使用以下發(fā)射器和接收器-發(fā)射器

*發(fā)射100μs，電流為1A-接收器

優(yōu)選發(fā)射一組功率遞增的脈沖，在可能的情況下采用有n個(gè)不同電阻值Ri(i＝1到n)的電阻的數(shù)量n。這樣的話，由上述2的n次方個(gè)可能的連續(xù)的距離值間的偏差組成的測(cè)量精確度可以達(dá)到最小10厘米，好的話可以達(dá)到最小1厘米。
上述電阻值Ri的數(shù)量n決定對(duì)障礙物測(cè)量的靈敏度。
本方法還有的一種實(shí)現(xiàn)模式，旨在確定一個(gè)或幾個(gè)所謂的第二物體相對(duì)于與第一物體相連的參照物的位置。根據(jù)這種模式，本方法還包括以下步驟-從第一物體向若干個(gè)方向發(fā)射紅外線，這些方向合理地分布在第一物體周?chē)?，最好取四個(gè)以上的方向，如能取八個(gè)以上的方向則更理想；每個(gè)方向上的紅外線都呈錐形發(fā)射，與頂端的角度在5度至90度之間；使得位于第一物體周?chē)哪切┑诙矬w能夠被探測(cè)到，它們相對(duì)于與第一物體相連的參照物的位置也就能計(jì)算出來(lái)。
本發(fā)明的內(nèi)容也包括一個(gè)探測(cè)和測(cè)量第一物體和第二物體之間的距離的裝置；該裝置包括-一個(gè)固定在上述第一物體上的紅外線發(fā)射器，發(fā)射器通過(guò)一個(gè)表示發(fā)射的電信號(hào)取電；-一個(gè)在上述紅外線被第二物體反射后探測(cè)其回程的接收器；該接收器被固定在第一物體上靠近發(fā)射器的地方，生成表示接收的電信號(hào)。
該裝置還包括-監(jiān)測(cè)上述電信號(hào)的裝置，它們可以在監(jiān)測(cè)上述表示發(fā)射的電信號(hào)的同時(shí)以遞增的方式改變發(fā)射器(4)發(fā)送的紅外線的功率，直至所發(fā)射的紅外線的功率達(dá)到探測(cè)功率(PS)，在這個(gè)探測(cè)功率(PS)上，紅外線在被第二物體反射后可以被接收器探測(cè)到。
-根據(jù)上述探測(cè)功率(PS)計(jì)算第一物體和第二物體間的距離(D)的裝置，它們主要使用事先建立的校準(zhǔn)刻度來(lái)建立距離(D)和探測(cè)功率(PS)間的關(guān)系。
更特別的是，以本發(fā)明為依據(jù)的裝置包括-一個(gè)帶有電子發(fā)光二極管的發(fā)射器，專(zhuān)門(mén)發(fā)射特殊波長(zhǎng)的紅外線；-一個(gè)帶有一個(gè)光電晶體管的接收器，專(zhuān)門(mén)用于探測(cè)上述的已設(shè)定的紅外線波長(zhǎng)，最好是專(zhuān)門(mén)用于探測(cè)已設(shè)定脈沖頻率的脈沖波，根據(jù)該裝置優(yōu)先考慮的實(shí)現(xiàn)模式-上述電信號(hào)控制裝置可以使發(fā)射器所發(fā)射的紅外輻射功率以遞增的方式變化，它們包括用于控制表示發(fā)射的電信號(hào)的第一處理器，這樣紅外線就可以按照帶數(shù)字簽名的特定模式被發(fā)射。
-上述第一處理器被編程為使得所述發(fā)射器的特定發(fā)射模式為帶有表明所述簽名特征的給定脈沖頻率的脈沖發(fā)射模式。
-上述控制所述電發(fā)射信號(hào)的第一處理器被編程為使得發(fā)射器的特定發(fā)射模式為包含數(shù)字信號(hào)識(shí)別的脈沖發(fā)射方式；-上述第一處理器被編程為使得所述電發(fā)射信號(hào)定為一方波信號(hào)，并且所述紅外線輻射的數(shù)字簽名的形式為根據(jù)發(fā)射器是否由所述方波信號(hào)供電而由“1”或“0”組成的邏輯信號(hào)。
-為了確定反射回來(lái)的紅外線(紅外線源自安裝在某一指定物體上的發(fā)射器)是否被該指定物體的接收器接收，第一處理器帶有核對(duì)上述簽名的裝置，這樣就可以區(qū)分源自上述指定物體的被反射回來(lái)的紅外線和直接或間接源自其它物體的紅外線。
-上述核對(duì)簽名的裝置包括對(duì)上述指定物體的發(fā)射器電源的電信號(hào)和由同一物體的接收器提供的電信號(hào)進(jìn)行比較的裝置。
-上述第一處理器，具體的為微控制器，和第二處理器(或外部處理器)的發(fā)射器和接收器互相聯(lián)接，這樣就可以使*上述第一控制器通過(guò)n比特的數(shù)字信號(hào)，利用晶體管的場(chǎng)效應(yīng)，控制發(fā)射器電源電路上的n個(gè)不同值的電阻，這樣發(fā)射器(尤其是電子發(fā)光二極管發(fā)射器)所發(fā)射的紅外線的功率就可以有2的n次方個(gè)遞增的值，*上述第一控制器與接收器相連，可驗(yàn)證接收器提供的電信號(hào)是否帶有相同的簽名，特別是數(shù)字簽名。
*上述第一處理器向第二處理器傳送一個(gè)n比特組成的信號(hào)，該信號(hào)顯示在2的n次方種可能的探測(cè)功率(PS)值中已被驗(yàn)證的那一個(gè)值。
*上述第二處理器通過(guò)校準(zhǔn)對(duì)應(yīng)2的n次方個(gè)探測(cè)功率值的2的n次方個(gè)可能的距離值來(lái)計(jì)算第一物體和第二物體之間的距離。
以本發(fā)明為依據(jù)的方法和裝備可以在各種需要測(cè)量距離的情況下使用，比如-測(cè)量機(jī)動(dòng)車(chē)間距離以增加駕駛的安全性-測(cè)量容器的充滿程度-對(duì)生產(chǎn)線上的物品進(jìn)行計(jì)數(shù)本發(fā)明還涉及探測(cè)可能存在于第一物體周?chē)牟恢轿坏牡诙矬w的方法和裝置，其特點(diǎn)是利用多個(gè)感應(yīng)器進(jìn)行多次測(cè)量，每個(gè)感應(yīng)器包括一個(gè)組合發(fā)射接收器，在這個(gè)組合中發(fā)射器和接收器互相對(duì)應(yīng)地被固定。這些感應(yīng)器采用前面明確的以本發(fā)明為依據(jù)的距離測(cè)量方法，可以向第一物體周?chē)目臻g以多個(gè)方向發(fā)射紅外線，最好是取四個(gè)以上的方向，如能取八個(gè)以上的方向則更理想；每個(gè)方向上的紅外線都呈錐形發(fā)射，與頂端的角度在5度至90度之間；這樣處于第一物體周?chē)哪切┑诙矬w就會(huì)被探測(cè)到，它們相對(duì)于與第一物體相連的參照物的位置也就能計(jì)算出來(lái)。
本發(fā)明同樣還涉及一個(gè)帶有若干個(gè)收發(fā)組合器的探測(cè)障礙和測(cè)量距離的裝置。收發(fā)組合器根據(jù)前文中確定的排列方式固定在上述第一物體上，并且和上述第一處理器和第二處理器相連接。
從另一方面來(lái)看，本發(fā)明產(chǎn)生了一個(gè)會(huì)避開(kāi)障礙的移動(dòng)探測(cè)機(jī)器人。這個(gè)移動(dòng)機(jī)器人擁有由一個(gè)控制裝置控制的移動(dòng)裝置。這個(gè)控制裝置包括一個(gè)如前所述的探測(cè)和測(cè)距裝置，這樣的話.如果移動(dòng)機(jī)器人周邊有一個(gè)或幾個(gè)障礙物，.且移動(dòng)機(jī)器人行進(jìn)的方向碰巧是障礙物所在的方向，.如果所測(cè)出的移動(dòng)機(jī)器人和障礙物之間距離小于規(guī)定值，尤其是考慮到機(jī)器人的移動(dòng)速度，本裝置就會(huì)程控修改移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)軌跡，修改時(shí)將周?chē)渌恼系K物考慮在內(nèi)。
本發(fā)明還涉及一個(gè)使移動(dòng)物體(主要是機(jī)器人)探測(cè)和避開(kāi)障礙的方法，它的特點(diǎn)是包括一個(gè)前面介紹的以本發(fā)明為依據(jù)的測(cè)量方法，其中.所述移動(dòng)中物體對(duì)應(yīng)于前面所述的第一物體.所述障礙物對(duì)應(yīng)于前面所述的第二物體.如果所測(cè)出的距離小于規(guī)定值，尤其是由于物體的移動(dòng)速度而無(wú)法避免某個(gè)近距離的障礙物時(shí)，我們可以改變移動(dòng)物體(主要是機(jī)器人)的軌跡。
本發(fā)明的內(nèi)容還包括一個(gè)配備有以本發(fā)明為依據(jù)探測(cè)障礙和測(cè)定距離的裝置的移動(dòng)物體(主要是機(jī)器人)。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將在隨后實(shí)踐應(yīng)用發(fā)明的詳細(xì)例子里得到體現(xiàn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人的示意圖，它配備了八個(gè)紅外線障礙探測(cè)感應(yīng)器(pickup)。
圖2是一個(gè)部分計(jì)時(shí)圖，簡(jiǎn)要顯示了根據(jù)本發(fā)明的代表向二極管發(fā)射器輸送的電流的八個(gè)“陰影”條的增加的情況。本計(jì)時(shí)圖可對(duì)應(yīng)于在電流周期性變化中的一個(gè)周期(在命令信號(hào)編碼為3比特的情況下)或?qū)?yīng)于該周期中的一部分(如半個(gè)周期)。
圖3詳細(xì)標(biāo)示了一個(gè)用于監(jiān)測(cè)、控制和處理由紅外線收發(fā)器-接收器交換的信號(hào)的電子電路(圖1中的標(biāo)號(hào)3)的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的是將八個(gè)感應(yīng)器安裝在一個(gè)移動(dòng)物體如機(jī)器人1上的安裝示意圖。這些感應(yīng)器朝向八個(gè)方向。圖中展示了紅外線發(fā)射形成的錐體13以及碰到障礙物2而向接收器5反射回來(lái)的紅外線14。
圖2展示了二極管發(fā)射器中電流的八個(gè)級(jí)別(共16個(gè))，也就是二極管發(fā)射器發(fā)射的波的功率的八個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的10比特?cái)?shù)字簽名為“1110111101”，紅外波是以頻率為38千赫的脈沖模式發(fā)射的。
圖3是一個(gè)電子裝配示意圖，展示了八個(gè)與微控制器8連接的二極管發(fā)射器4(D1至D8)、八個(gè)接收器5(U5至U12)以及一個(gè)外部處理器9(U13)。處理器8和9之間的聯(lián)絡(luò)是通過(guò)一個(gè)擺桿式的寄存器11(U3)進(jìn)行的。
我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)帶有八個(gè)感應(yīng)器(Cp0到Cp7)測(cè)距系統(tǒng)，八個(gè)感應(yīng)器形成了一個(gè)由八個(gè)發(fā)射器4和八個(gè)接收器5組成的整體。全部感應(yīng)器都被固定在機(jī)器人1上。每個(gè)接收器5都被固定在相應(yīng)的發(fā)射器4的上方。發(fā)射器4可以向平均分布在第一物體周?chē)陌藗€(gè)方向發(fā)射紅外線；每個(gè)發(fā)射器向其中的一個(gè)方向的空間發(fā)射一束光線，形成一個(gè)錐形13，該錐形的頂部在發(fā)射器上，頂部角度為20°。
本系統(tǒng)對(duì)充當(dāng)?shù)谝晃矬w的機(jī)器人1探測(cè)障礙和避開(kāi)障礙非常有用。根據(jù)探測(cè)結(jié)果以及測(cè)定的與障礙物之間的距離，如果所測(cè)出的距離小于規(guī)定值，我們可以改變是機(jī)器人的軌跡。
每一個(gè)發(fā)射器4(D1到D8)都是由紅外線電子發(fā)光二極管組成，商用參號(hào)是西門(mén)子LD274；每一個(gè)接收器5(U5到U12)都是一個(gè)光電晶體管，商用參號(hào)TEMIC TSOP 1838。二極管發(fā)射器LD724的特點(diǎn)是發(fā)射角度θ＝20°，電流I＝100毫安，波長(zhǎng)λ＝950nm，輻射功率W＝350毫瓦/球面度。接收器TSOP 1838的特點(diǎn)是接收角度＝90°，波長(zhǎng)λ＝950nm，輻射功率W＝0.3毫瓦/球面度，載波功率f＝38千赫。
對(duì)每一個(gè)二極管發(fā)射器，同時(shí)供應(yīng)相同的電流以生成相同的紅外線。
一個(gè)微控制器8(U1)和一個(gè)外部處理器9(U13)之間通過(guò)寄存器(U3)11聯(lián)接。微控制器8(U1)和外部處理器9(U13)之間的界面通過(guò)一個(gè)寄存器10(U4)來(lái)達(dá)到同步。微控制器8(U1)直接指揮八個(gè)發(fā)射器4并分析八個(gè)接收器5通過(guò)寄存器(U12)發(fā)來(lái)的信息。
以下是所使用的元件的參考號(hào)

*集電極開(kāi)路微控制器8通過(guò)脈沖模式執(zhí)行對(duì)紅外線二極管發(fā)射的控制。微控制器8提供一個(gè)載波功率為38千赫的雉堞或方塊信號(hào)，信號(hào)在振幅上被進(jìn)行調(diào)制，以便一方面確定每個(gè)發(fā)射器的數(shù)字簽名，另一方面監(jiān)測(cè)二極管的發(fā)射水平。二極管的發(fā)射水平與圖二中的階梯高度一致，根據(jù)晶體管(Q1到Q4)的狀態(tài)而發(fā)生變化。對(duì)每個(gè)階梯水平來(lái)說(shuō)，二極管的供電信號(hào)包括一個(gè)10比特制的數(shù)字簽名，其值為“1110111101”，就如圖二所表現(xiàn)的那樣每一個(gè)值為1的位對(duì)應(yīng)一組脈沖，即載波功率的九個(gè)脈沖，在本例中總長(zhǎng)度為237微秒左右；每一個(gè)值為0的位對(duì)應(yīng)二極管的同等長(zhǎng)度的中斷。
通過(guò)在圖2中顯示的數(shù)字簽名可以看出，如果把每個(gè)階梯分成10個(gè)時(shí)間單元，則電源(輸送功率為38千赫)在第四個(gè)和第九個(gè)時(shí)間單元中斷。
數(shù)字簽名6的核對(duì)由微控制器8完成，它會(huì)通過(guò)寄存器12對(duì)向發(fā)射器4發(fā)送的電信號(hào)和由相應(yīng)的接收器5幾乎在同時(shí)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行比較。
每一個(gè)接收器5包括一個(gè)晶體管(未在圖中顯示)，并根據(jù)以上述載波頻率輸送的波是否被接收器5探測(cè)到(也就是說(shuō)波是否被發(fā)射器發(fā)射然后被障礙物反射回來(lái))而提供一個(gè)1或0組成的邏輯信號(hào)。
每一個(gè)發(fā)射器4都聯(lián)接在晶體管72上，被一個(gè)1或0的邏輯信號(hào)控制，這樣的話，根據(jù)以上述載波頻率輸送的波是否被發(fā)送而生成脈沖紅外線。
包括四個(gè)并聯(lián)的分支并被安插在八個(gè)二極管發(fā)射器的共用電源上的組件71、72電路可以在發(fā)射器4(D1至D8)中生成十六種(或十六個(gè)梯度)的電流強(qiáng)度。每個(gè)分支帶有一個(gè)電阻(R1到R4)，這些電阻和FET晶體管(Q1到Q4)以串聯(lián)形式連接。
通過(guò)這樣一個(gè)電路，我們可以通過(guò)每個(gè)二極管引發(fā)有功率可變的輻射，在由晶體管72(Q1到Q4)控制的四個(gè)不同值的電阻71(R1、R4)的基礎(chǔ)上，可以有16種(24)不同的輻射功率值，它可以根據(jù)上述晶體管的邏輯指令(COM0到COM3)提供包括16個(gè)遞增數(shù)值的強(qiáng)度遞增的電流。上述每一個(gè)所發(fā)送的功率值對(duì)應(yīng)一個(gè)4比特的數(shù)字信息，該信息對(duì)應(yīng)的是上述四個(gè)電阻的四個(gè)邏輯指令。在距離和16個(gè)可能的探測(cè)功率中的每一個(gè)之間進(jìn)行的校準(zhǔn)使外部處理器9可以根據(jù)與探測(cè)功率相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信息在晶體管Q1到Q4的16個(gè)可能的距離值(它們由微控制器8循環(huán)發(fā)送并傳遞到處理器9)中確定機(jī)器人和障礙物之間的距離D。根據(jù)電阻R1到R4的四個(gè)指令COM0到COM3的邏輯指令(0或5伏)，我們可以規(guī)定在二極管紅外發(fā)射器D1到D8中的電流大小，這樣可由每個(gè)二極管生成一個(gè)紅外線光束，它的功率是遞增的，由此可得出一個(gè)與圖二中的編年表式圖相似的圖表。
晶體管72控制四個(gè)電阻71，晶體管的偏壓直接設(shè)置在5伏。這里有四個(gè)指令，在16個(gè)功率值區(qū)域或階段進(jìn)行偵察。所選擇的電阻的值各不相同，他們之間是2倍的關(guān)系。因此在一個(gè)電阻里的電流是下一個(gè)的2倍。二極管發(fā)射器中的共用電流如圖二所示，它帶有一個(gè)譯成編碼的簽名，比如說(shuō)可以是10比特的(在此為1110111101)。
接收器5負(fù)責(zé)探測(cè)返回的紅外線信號(hào)。它包括一個(gè)集成元件，根據(jù)它是否接收到以38千赫的頻率發(fā)射的950nm的紅外線而提供一個(gè)0或5伏的邏輯信號(hào)。我們應(yīng)該用過(guò)濾器51(包括一個(gè)壓縮能力為10μF的壓縮器和一個(gè)330Ω的電阻)對(duì)接收器電源進(jìn)行過(guò)濾，因?yàn)殡娫瓷晕⒉环€(wěn)定就有可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的探測(cè)。
校準(zhǔn)的過(guò)程中，我們建立了一個(gè)發(fā)射功率和感應(yīng)器到障礙物之間的距離的關(guān)聯(lián)關(guān)系。校準(zhǔn)之后，我們就可以根據(jù)得到的答案給出用數(shù)字表示的距離。
表1中提供了較為典型的以白灰墻為障礙物的測(cè)量數(shù)據(jù)，電阻值如下R1＝15Ω，R2＝35Ω，R3＝68Ω，R4＝150Ω。
表1


在圖3中顯示了可以管理八個(gè)感應(yīng)器的測(cè)量的交流和傳輸?shù)碾娐贰?br> 圖3中的這個(gè)電路可以傳輸八個(gè)測(cè)量，這八個(gè)測(cè)量對(duì)應(yīng)八個(gè)感應(yīng)器，每個(gè)感應(yīng)器都給出一個(gè)8比特的信息。在這種情況下，可使用一個(gè)混合編碼，它綜合了4比特的感應(yīng)器測(cè)量(16個(gè)功率值用二進(jìn)制編碼成4比特)和配套的接收器的識(shí)別(也是以4比特編碼)。
測(cè)量的傳輸模式應(yīng)該是并行的，因?yàn)橥獠刻幚砥?上使用的是一個(gè)8比特的總線。由于不可能在8比特的總線上同時(shí)傳輸八個(gè)測(cè)量的信息，所以我們把這些測(cè)量分離開(kāi)來(lái)，一個(gè)一個(gè)地上線。因此，要得到八個(gè)區(qū)分開(kāi)來(lái)的測(cè)量的序列，外部處理器9必須讀取八次以得到這些信息。
微控制器8(U1)和外部處理器9(U13)之間的界面是一個(gè)擺桿式的寄存器11(U3)，它的輸出口是開(kāi)放式集流器。信息裝載(或測(cè)量的寫(xiě)入)由微控制器8完成，抓取(或測(cè)量的讀取)由外部處理器9完成，后者接著計(jì)算與障礙物之間的距離。
然后微控制器8通過(guò)讀取寄存器10(U4)上的擺桿(啟動(dòng)/重啟)的值而知道外部處理器9是否讀取了數(shù)據(jù)。當(dāng)微控制器在寄存器中記錄了一個(gè)新的測(cè)量值時(shí)，擺桿重新初始化。一旦開(kāi)始向處理器傳輸數(shù)據(jù)，測(cè)量就會(huì)暫停。當(dāng)外部處理器繁忙時(shí)，微控制器又回過(guò)頭來(lái)測(cè)量距離。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)第一物體(1)和第二物體(2)之間的距離進(jìn)行探測(cè)和測(cè)量的方法，所述方法包括以下步驟a)由固定至上述第一物體(1)上并被提供一電發(fā)射信號(hào)的發(fā)射器(4)發(fā)射紅外波輻射(3)的步驟，以及b)在紅外線輻射被所述第二物體(2)反射后，探測(cè)所述紅外線輻射至一接收器(5)的回波的步驟；所述接收器(5)固定在上述第一物體(1)上鄰近所述發(fā)射器(4)處，并生成接收電信號(hào)；所述方法的特征在于，其還包括以下步驟c)通過(guò)控制上述電發(fā)射信號(hào)逐漸改變上述發(fā)射器(4)發(fā)送的紅外線輻射的功率，直至該功率達(dá)到一個(gè)探測(cè)功率(PS)的步驟，對(duì)于所述探測(cè)功率，可使得在其被第二物體反射后，能夠被上述接收器(5)探測(cè)到，d)通過(guò)建立所述距離(D)和所述探測(cè)功率之間的相互關(guān)系，或通過(guò)兩者之間的校準(zhǔn)，從上述探測(cè)功率(PS)的值開(kāi)始，計(jì)算所述第一物體(1)和所述第二物體(2)之間的距離(D)的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述方法使得上述紅外線輻射通過(guò)包含發(fā)射器(4)簽名特征的特定模式發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，所述方法使得上述簽名以發(fā)射器(4)的特定發(fā)射模式為特征，具體的，以具有一給定脈沖頻率的脈沖發(fā)射模式為特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，所述方法使得所述簽名為一數(shù)字簽名，具體的為與一脈沖發(fā)射模式相關(guān)聯(lián)的數(shù)字簽名。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，上述電發(fā)射信號(hào)為方波信號(hào)，所述方法使得所述紅外線輻射的數(shù)字簽名根據(jù)發(fā)射器是否被提供方波信號(hào)而表現(xiàn)為由“1”或“0”組成的邏輯信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任何一項(xiàng)的方法，所述方法使得，為了確定由接收器(5)接收的從一特定物體(1)反射回來(lái)的紅外線輻射源自安裝在所述確定物體上的發(fā)射器(4)，可驗(yàn)證上述簽名，這樣就有可能區(qū)分源自上述確定物體(1)上的發(fā)射器(4)反射的紅外線輻射和直接或間接源自其它物體的紅外線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，所述方法使得，為驗(yàn)證上述數(shù)字簽名，將向所述確定物體(1)的發(fā)射器(4)提供能量的電信號(hào)與由在同一所述確定物體(1)上的接收器(5)提供的電信號(hào)進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)的方法，所述方法進(jìn)一步更具體地被設(shè)計(jì)為關(guān)于所述第一物體(1)約定的基準(zhǔn)幀，確定一個(gè)或多個(gè)第二物體(2)的位置，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟-從所述第一物體(1)沿幾個(gè)方向發(fā)射紅外線，所述幾個(gè)方向繞所述第一物體適當(dāng)分布，優(yōu)選至少沿四個(gè)方向，或者至少沿八個(gè)方向，與每個(gè)方向相聯(lián)系的紅外線都呈錐形發(fā)射，所述錐形的頂端在5度至90度之間，使得能夠探測(cè)到位于所述第一物體(1)周?chē)乃龅诙矬w(2)，且可關(guān)于與第一物體相連的基準(zhǔn)幀計(jì)算出它們的位置。
9.探測(cè)和測(cè)量第一物體(1)和第二物體(2)之間的距離的裝置，該裝置包括-固定在上述第一物體(1)上且被提供電發(fā)射信號(hào)的紅外線輻射發(fā)射器(4)，-在上述紅外線輻射被所述第二物體(2)反射后探測(cè)其返回的接收器(5)；所述接收器(5)被固定在第一物體(1)上靠近所述發(fā)射器(4)的位置，并產(chǎn)生接收電信號(hào)。該裝置的特點(diǎn)在于，其包括1/控制上述電信號(hào)的裝置(8)，通過(guò)控制所述電發(fā)射信號(hào)，使由所述發(fā)射器(4)發(fā)出的紅外線輻射的功率能夠逐步變化，直至所發(fā)射的紅外線輻射的功率達(dá)到這樣的探測(cè)功率(PS)，即對(duì)該探測(cè)功率(PS)，紅外線輻射在被第二物體(2)反射后可以被接收器(5)探測(cè)到。2/根據(jù)上述探測(cè)功率(PS)的值，計(jì)算第一物體(1)和第二物體(2)之間的距離(D)的計(jì)算裝置(9)，其主要使用事先尤其通過(guò)校準(zhǔn)建立的所述距離(D)和所述探測(cè)功率(PS)之間的相互關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，所述裝置使得-上述發(fā)射器(4)具有電致發(fā)光二極管，專(zhuān)門(mén)發(fā)射一給定紅外線波長(zhǎng)的輻射；-上述接收器(5)具有一光電晶體管或一光電二極管，專(zhuān)門(mén)用于探測(cè)上述的已給定的紅外線波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，上述電信號(hào)控制裝置(8)可以使發(fā)射器(4)所發(fā)射的紅外輻射功率逐漸變化，包括第一處理器(8)，所述第一處理器(8)用于控制所述電發(fā)射信號(hào)，使得所述紅外線輻射以包含數(shù)字簽名的特定模式被發(fā)射。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，上述第一處理器(8)被編程為使得所述發(fā)射器(4)的特定發(fā)射模式為具有以所述簽名為特征的一給定脈沖頻率的脈沖發(fā)射模式。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，上述控制所述電發(fā)射信號(hào)的第一處理器(8)被編程為使得所述發(fā)射器(4)的特定發(fā)射模式為具有數(shù)字簽名的脈沖發(fā)射模式。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，上述第一處理器(8)被編程為使得所述電發(fā)射信號(hào)為一個(gè)方波信號(hào)，并且所述紅外線輻射的所述數(shù)字簽名的形式根據(jù)發(fā)射器是否被提供方波信號(hào)為由“1”或“0”組成的邏輯信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任何一項(xiàng)的裝置，所述裝置的設(shè)計(jì)使得，為了確定由接收器(5)接收的自一特定物體(1)反射的紅外線是否源自安裝在所述確定物體上的發(fā)射器(4)，所述第一處理器(8)包含驗(yàn)證上述簽名的裝置，從而有可能區(qū)分源自上述確定物體(1)的發(fā)射器(4)的紅外線輻射和直接或間接源自其它物體的紅外線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，上述驗(yàn)證所述簽名的裝置包括對(duì)所述確定物體(1)的發(fā)射器(4)的供電信號(hào)和所述同一確定物體的接收器(5)所提供的電信號(hào)進(jìn)行比較的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16的任何一項(xiàng)的裝置，所述裝置為使得-上述第一控制器(8)通過(guò)n比特的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，控制發(fā)射器(4)電源電路上的n個(gè)不同值的電阻值，使得由發(fā)射器(4)，尤其是電致發(fā)光二極管，所發(fā)射的紅外線的功率可以有2n個(gè)遞增的值。-上述第一控制器(8)與接收器(5)相連，驗(yàn)證接收器(5)提供的電信號(hào)是否包含該相同的簽名，具體地為所述數(shù)字簽名。-上述第一處理器(8)向第二處理器(9)傳送一個(gè)n比特組成的信號(hào)，該信號(hào)顯示在2n種可能的所述探測(cè)功率(PS)值中已被發(fā)現(xiàn)的那個(gè)值，-上述第二處理器(9)通過(guò)自關(guān)于2n個(gè)探測(cè)功率值對(duì)2n個(gè)可能的距離值的校準(zhǔn)的相互關(guān)系來(lái)計(jì)算第一物體(1)和第二物體(2)之間的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，所述裝置使得所述發(fā)射器(4)，尤其是發(fā)射二極管，能夠發(fā)射一給定最大輻射功率P1，且所述接收器(5)，尤其是接收二極管，能夠探測(cè)到一給定的最小輻射功率P2，P1和P2的值使得有可能可以測(cè)定0.5米至5米范圍內(nèi)的距離，甚至0.1米至10米范圍內(nèi)的距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的裝置，探測(cè)功率(PS)等級(jí)的數(shù)量和不同值的電阻Ri(i＝1到n)的數(shù)量n使得存在于上述2n個(gè)可能的連續(xù)的距離之間的間隔的測(cè)量精確度至少可以達(dá)到10厘米，優(yōu)選至少達(dá)到1厘米。
20.根據(jù)權(quán)利要求9至17的任何一項(xiàng)的裝置，所述裝置進(jìn)一步被具體地設(shè)計(jì)為關(guān)于約定為所述第一物體(1)的基準(zhǔn)幀來(lái)確定一個(gè)或多個(gè)第二物體(2)的位置，所述裝置還包括-多個(gè)發(fā)射器(4)和接收器(5)沿多個(gè)方向發(fā)射和接收紅外線，所述多個(gè)方向以適當(dāng)方式圍繞所述第一物體(1)分布，優(yōu)選沿至少四個(gè)方向，更佳的為八個(gè)以上的方向；每個(gè)方向上的紅外線都呈錐形發(fā)射，所述錐形頂角在5度至90度之間，使得能夠探測(cè)到位于所述第一物體(1)附近的所述第二物體(4)，并計(jì)算它們關(guān)于與第一物體(1)相連的基準(zhǔn)幀的位置。
21.探測(cè)并避開(kāi)障礙的移動(dòng)機(jī)器人，所述移動(dòng)機(jī)器人擁有由一個(gè)控制裝置控制的位移裝置，所述控制裝置包括根據(jù)權(quán)利要求9到20中任何一項(xiàng)權(quán)利要求的裝置，使得.如果所述移動(dòng)機(jī)器人附近有一個(gè)或幾個(gè)障礙物，.如果移動(dòng)機(jī)器人行進(jìn)的方向碰巧是障礙物所在的方向，.如果所測(cè)出的移動(dòng)機(jī)器人和障礙物之間距離小于規(guī)定值，尤其是考慮到機(jī)器人的移動(dòng)速度，所述裝置對(duì)路徑的改變編程，同時(shí)考慮位于附近的其他障礙。
22.根據(jù)權(quán)利要求1到20中的任何一項(xiàng)的方法和裝置應(yīng)用于使車(chē)輛，尤其是機(jī)器人，探測(cè)和避開(kāi)障礙.所述車(chē)輛對(duì)應(yīng)于所述第一物體(1).所述障礙物對(duì)應(yīng)于所述第二物體(2)使得.如果所述車(chē)輛周邊有一個(gè)或幾個(gè)障礙物，.如果所述車(chē)輛行進(jìn)的方向碰巧是障礙物所在的方向，.如果所測(cè)出的車(chē)輛和障礙物之間距離小于規(guī)定值，尤其是考慮到車(chē)輛的移動(dòng)速度，所述車(chē)輛會(huì)對(duì)路徑的改變進(jìn)行編程，同時(shí)考慮附近存在的其他障礙。
23.車(chē)輛(1)的特點(diǎn)在于其包括-該車(chē)輛上至少固定安裝有兩個(gè)紅外感應(yīng)器，每個(gè)感應(yīng)器包括能夠向該車(chē)輛周?chē)臻g的第一部分發(fā)射紅外線輻射的發(fā)射器以及一個(gè)對(duì)從該車(chē)輛周?chē)臻g的第二部分接收的紅外線反應(yīng)靈敏的接收器，-檢測(cè)發(fā)射器電源的電子裝置(8)，適于不斷循環(huán)改變發(fā)射器電源的電流功率，以便引起每個(gè)感應(yīng)器發(fā)射的紅外線按等級(jí)遞增，-探測(cè)障礙物和/或測(cè)量該車(chē)輛和物體(2)之間距離的電子裝置(9)，一方面是基于由所述接收器從所述感應(yīng)器傳送的信號(hào)，另一方面是基于由上述電子裝置(8)傳送的用于控制提供給該感應(yīng)器的發(fā)射器的功率的信號(hào)和數(shù)據(jù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21或23的車(chē)輛，其包含-提供多個(gè)所述紅外線發(fā)射器的電源線，-插入上述共用電源線中的多個(gè)支線，每條分支具有一個(gè)電阻(R1到R4)并包含一個(gè)開(kāi)關(guān)(Q1到Q4)，所述分支并聯(lián)連接，-適于向該開(kāi)關(guān)(Q1到Q4)傳遞一個(gè)開(kāi)啟或閉合的數(shù)字命令的裝置(8)，以便引起傳送至該發(fā)射器的電流逐漸變化的裝置(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量第一物體(1)和第二物體(2)之間的距離的方法。該方法在于a)由固定在上述第一物體(1)上的發(fā)射器(4)向上述第二物體(2)發(fā)送一束紅外波輻射(3)；b)檢測(cè)所述輻射被接收器(5)上的所述第二物體(2)反射后的回波輻射，所述接收器鄰近所述發(fā)射器(4)固定在所述第一物體(1)上。本發(fā)明方法的特點(diǎn)在于1/逐漸改變上述發(fā)射器(1)發(fā)出的紅外輻射功率直至該功率達(dá)到與該波的功率相對(duì)應(yīng)的探測(cè)功率(Ps)，從此時(shí)起，所述接收機(jī)開(kāi)始探測(cè)由所述第二物體反射的輻射；2/通過(guò)建立所述距離(D)和所述探測(cè)功率之間的等同相關(guān)性，基于上述探測(cè)功率的值計(jì)算第一物體(1)和第二物體(2)之間的距離(D)。本發(fā)明還涉及用于進(jìn)行探測(cè)和距離測(cè)量的裝置。
文檔編號(hào)G01S17/87GK1489702SQ02804149
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月26日
發(fā)明者伊萬(wàn)·拉瓦瑞克, 勞倫特·特邁爾, 特邁爾, 伊萬(wàn) 拉瓦瑞克 申請(qǐng)人:威尼公司