紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)及其導航方式的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，它包括紅外傳感器(1)、超聲波傳感器(2)、單片機(3)、電機驅(qū)動模塊(4)；所述紅外傳感器(1)、超聲波傳感器(2)安裝于運動裝置的檢測端，所述單片機(3)設置在紅外傳感器(1)、超聲波傳感器(2)的信號傳送路徑上，所述電機驅(qū)動模塊(4)設置于運動裝置的動力系統(tǒng)上，電機驅(qū)動模塊(4)能夠接收單片機(3)的信號并能夠控制運動裝置的軌跡。本發(fā)明還公開了一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的導航方式。本發(fā)明它通過紅外傳感器負責糾偏，超聲波傳感器負責避障，提高了導航精度；成本低，抗干擾性強，紅外傳感器和超聲波傳感器對外界的干擾不敏感，對環(huán)境的要求低。
【專利說明】紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)及其導航方式
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)及其導航方式。
【背景技術】
[0002]在高新技術中，紅外傳感器的運用越來越廣泛。在自動導引運輸車AGV (AutomatedGuided Vehicle)中亦有應用。自動導引運輸車是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。AGV的運行需要導引裝置的引導，被稱為AGV之“眼”。其常用的引導方式主要有:直角坐標引導，電磁引導，紅外引導，磁帶引導，光學引導，激光引導，慣性引導，圖像識別引導，GPS引導等。其中紅外引導利用地面顏色與色帶顏色的反差，在明亮的地面上用黑色色帶，在黑暗的地面上用白色色帶。導引車的下面裝有紅外傳感器，傳感器的光源用以照射色帶，色帶反射回來的光線由傳感器的接收器接收，經(jīng)過比較電路和輸出電路，將輸出信號傳至MCU，由MCU控制驅(qū)動系統(tǒng)做出糾偏等動作。
[0003]現(xiàn)有的技術方案多為光學導航方式，其主要原理如下:在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機采入的色帶圖象信號進行簡單處理而實現(xiàn)導航，其靈活性比較好，地面路線設置簡單易行，但對色帶的污染和機械磨損十分敏感，對外界光線等環(huán)境要求過高，導航可靠性較差，而且攝像機加圖像處理模塊的成本較為昂貴；另外也可應用激光進行導航，激光導航是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當前的位置和方向，并通過連續(xù)的三角幾何運算來實現(xiàn)AGV的導航，但是該方案制造成本高，對環(huán)境要求較苛刻，適用范圍較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，它通過利用不同傳感器的特長，各司其職，紅外傳感器負責糾偏，超聲波傳感器負責避障，提高了導航精度。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是:提供一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的導航方式。
[0006]紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的技術方案是:一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，它包括紅外傳感器、超聲波傳感器、單片機、電機驅(qū)動模塊；所述紅外傳感器、超聲波傳感器安裝于運動裝置的檢測端，所述單片機設置在紅外傳感器、超聲波傳感器的信號傳送路徑上，紅外傳感器能夠?qū)⒉粩鄼z測和反射地面預先布置的色帶的信號傳送至單片機，單片機能夠接收處理紅外傳感器的信號并將處理后的信號傳送至電機驅(qū)動模塊；所述超聲波傳感器能夠?qū)l(fā)送和接收的信號的時間差傳給單片機，單片機能夠接收處理超聲波傳感器的時間差的信號并測算障礙物的距離，單片機能夠?qū)⑻幚砗蟮男盘杺魉椭岭姍C驅(qū)動模塊；所述電機驅(qū)動模塊設置于運動裝置的動力系統(tǒng)上，電機驅(qū)動模塊能夠接收單片機的信號并能夠控制運動裝置的軌跡。
[0007]下面對上述技術方案進行進一步解釋:
[0008]所述紅外傳感器包括紅外光源、接收器，所述紅外光源和接收器之間設置有檢測回路。
[0009]所述超聲波傳感器設置有控制單元；控制單元連接有調(diào)制器、計時器；調(diào)制器信號路線上依次設置有振蕩器、電聲換能器形成信號發(fā)射路線；計時器信號路線上依次設置有接收檢測單元、聲電轉(zhuǎn)換器形成信號接收路線，所述信號發(fā)射路線與信號接收路線構(gòu)成信號接收回路。
[0010]所述超聲波傳感器還設置有顯示器、定時器。
[0011]所述運動裝置設置有至少四個紅外傳感器。
[0012]所述單片機設置有串行端口。
[0013]所述紅外光源為紅外固態(tài)發(fā)光二極管。
[0014]述接收器為固態(tài)光敏三極管。
[0015]紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的導航方式的技術方案是:一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的導航方式，它包括以下步驟，
[0016]A、將色帶鋪設于地面；
[0017]B、將紅外傳感器、超聲波傳感器安裝于運動裝置的檢測端，將單片機安裝在紅外傳感器、超聲波傳感器的信號路線上，將電機驅(qū)動模塊安裝于運動裝置的動力系統(tǒng)上；
[0018]C、開啟系統(tǒng)，將紅外傳感器不斷檢測和反射地面預先布置的色帶的信號傳送到單片機，將超聲波傳感器不斷發(fā)送和接收的信號的時間差傳給單片機；
[0019]D、單片機接收處理紅外傳感器的信號，單片機接收處理超聲波傳感器的時間差的信號并測算障礙物的距離，單片機將處理后的信號傳送至電機驅(qū)動模塊；
[0020]E、電機驅(qū)動模塊根據(jù)單片機的信號指示控制運動裝置的軌跡。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)及其導航方式，它通過紅外傳感器負責糾偏，超聲波傳感器負責避障，提高了導航精度；成本低廉，抗干擾性強，紅外傳感器和超聲波傳感器對外界的光線和聲音等干擾不敏感，對環(huán)境的要求低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述:
[0023]圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實施例的紅外傳感器工作路線示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實施例的超聲波傳感器工作路線示意圖；
[0026]其中:1紅外傳感器；2超聲波傳感器；3單片機；4電機驅(qū)動模塊；5串行端口 ；11紅外光源；12接收器；13檢測回路；21控制單元；22調(diào)制器；23計時器；24振蕩器；25電聲換能器；26接收檢測單元；27聲電轉(zhuǎn)換器；28顯示器；29定時器。
【具體實施方式】
[0027]實施例一:如圖1所示，一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，它包括紅外傳感器1、超聲波傳感器2、單片機3、電機驅(qū)動模塊4 ;單片機3設置有串行端口 5。
[0028]紅外傳感器1、超聲波傳感器2安裝于運動裝置的檢測端，單片機3設置在紅外傳感器1、超聲波傳感器2的信號傳送路徑上，電機驅(qū)動模塊4設置于運動裝置的動力系統(tǒng)上。
[0029]如圖2所示，紅外傳感器I包括紅外光源11、接收器12，紅外光源11為紅外固態(tài)發(fā)光二極管；接收器12為固態(tài)光敏三極管。紅外光源11和接收器12之間設置有檢測回路
13。紅外傳感器I能夠?qū)⒉粩鄼z測和反射地面預先布置的色帶的信號傳送至單片機3，單片機3能夠接收處理紅外傳感器I的信號并將處理后的信號傳送至電機驅(qū)動模塊4 ;超聲波傳感器2能夠?qū)l(fā)送和接收的信號的時間差傳給單片機3，單片機3能夠接收處理超聲波傳感器2的時間差的信號并測算障礙物的距離，單片機3能夠?qū)⑻幚砗蟮男盘杺魉椭岭姍C驅(qū)動模塊4 ；電機驅(qū)動模塊4能夠接收單片機3的信號并能夠控制運動裝置的軌跡。
[0030]紅外傳感器I工作原理:紅外傳感器I利用地面顏色與色帶顏色的反差，在明亮的地面上布設黑色色帶，在黑暗的地面上布設白色色帶。運動裝置(導引車)的下面至少裝配4個紅外傳感器1，頭部左右兩個，尾部左右兩個。紅外傳感器I由作為紅外光源11的紅外光固態(tài)發(fā)光二極管和作為接收器I的固態(tài)光敏三極管組成。紅外光源11用以照射色帶，色帶反射回來的光線由紅外傳感器I的接收器12接收，并將結(jié)果上傳到單片機3，經(jīng)過單片機3判斷和單片機3運算回路相應運算產(chǎn)生糾偏參數(shù)，單片機3根據(jù)糾偏參數(shù)產(chǎn)生相應的驅(qū)動信號，控制動力系統(tǒng)的工作，做出糾偏等動作。例如:當運動裝置(導引車)偏離預設的軌跡時，相應的紅外傳感器I的接收器12接收到的信號會產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，單片機3可以很快速的捕捉到這一變化，迅速判斷出是頭部還是尾部偏移，是左偏還是右偏，進而控制驅(qū)動系統(tǒng)做出相應糾偏動作。
[0031]如圖3所示，超聲波傳感器2設置有控制單元21、顯示器28、定時器29 ;控制單元21連接有調(diào)制器22、計時器23 ;調(diào)制器22信號路線上依次設置有振蕩器24、電聲換能器25形成信號發(fā)射路線；計時器23信號路線上依次設置有接收檢測單元26、聲電轉(zhuǎn)換器27形成信號接收路線，信號發(fā)射路線與信號接收路線構(gòu)成信號接收回路。
[0032]超聲波傳感器2工作原理:超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t，然后求出距離S = Ct/2，式中的C為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。
[0033]控制單元21每隔一定時間控制調(diào)制器22和振蕩器24通過電聲換能器25產(chǎn)生超聲波，并且計時器23開始計時，當超聲波遇到障礙物反射回來后，由聲電轉(zhuǎn)換器27將超聲波轉(zhuǎn)換成電信號，電信號由接收檢測單元26接收，使計時器23停止計時，這樣就得到了發(fā)射和接收回波的時間差t，控制單元21經(jīng)過簡單的計算就得到了障礙物的距離，再將此結(jié)果上傳到單片機，參與到運動裝置(導引車/AGV小車)的導航系統(tǒng)之中。
[0034]紅外傳感器I抗外界光線干擾，實現(xiàn)運動裝置(導引車/AGV小車)路線糾偏，而超聲波傳感器2利用聲波反射原理精確測定運動裝置(導引車/AGV小車)與障礙物的距離，實現(xiàn)AGV小車的避障和定位。兩者相結(jié)合，運用智能化的路徑規(guī)劃算法，可實現(xiàn)運動裝置(導引車/AGV小車)的路徑規(guī)劃等智能精確自動導航。
[0035]實施例二:如圖1至圖3所示，一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的導航方式，它包括以下步驟，
[0036]A、將色帶鋪設于地面。
[0037]B、將紅外傳感器1、超聲波傳感器2安裝于運動裝置的檢測端，將單片機3安裝在紅外傳感器1、超聲波傳感器2的信號路線上，將電機驅(qū)動模塊4安裝于運動裝置的動力系統(tǒng)上。
[0038]C、開啟系統(tǒng)，將紅外傳感器I不斷檢測和反射地面預先布置的色帶的信號傳送到單片機3，將超聲波傳感器2不斷發(fā)送和接收的信號的時間差傳給單片機3。
[0039]D、單片機3接收處理紅外傳感器I的信號，單片機3接收處理超聲波傳感器2的時間差的信號并測算障礙物的距離，單片機3將處理后的信號傳送至電機驅(qū)動模塊4。
[0040]E、電機驅(qū)動模塊4根據(jù)單片機3的信號指示控制運動裝置的軌跡。
[0041]應當指出，對于經(jīng)充分說明的本發(fā)明來說，還可具有多種變換及改型的實施方案，并不局限于上述實施方式的具體實施例。上述實施例僅僅作為本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制?？傊?，本發(fā)明的保護范圍應包括那些對于本領域普通技術人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
【權利要求】
1.一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:它包括紅外傳感器(I)、超聲波傳感器(2)、單片機(3)、電機驅(qū)動模塊(4);所述紅外傳感器(I)、超聲波傳感器(2)安裝于運動裝置的檢測端，所述單片機(3)設置在紅外傳感器(I)、超聲波傳感器(2)的信號傳送路徑上，紅外傳感器(I)能夠?qū)⒉粩鄼z測和反射地面預先布置的色帶的信號傳送至單片機(3)，單片機(3)能夠接收處理紅外傳感器(I)的信號并將處理后的信號傳送至電機驅(qū)動模塊(4);所述超聲波傳感器(2)能夠?qū)l(fā)送和接收的信號的時間差傳給單片機(3)，單片機(3)能夠接收處理超聲波傳感器(2)的時間差的信號并測算障礙物的距離，單片機(3)能夠?qū)⑻幚砗蟮男盘杺魉椭岭姍C驅(qū)動模塊(4);所述電機驅(qū)動模塊(4)設置于運動裝置的動力系統(tǒng)上，電機驅(qū)動模塊(4)能夠接收單片機(3)的信號并能夠控制運動裝置的軌跡。
2.根據(jù)權利要求1所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外傳感器(I)包括紅外光源(11)、接收器(12)，所述紅外光源(11)和接收器(12)之間設置有檢測回路(13)。
3.根據(jù)權利要求1所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波傳感器(2)設置有控制單元(21);控制單元(21)連接有調(diào)制器(22)、計時器(23);調(diào)制器(22)信號路線上依次設置有振蕩器(24)、電聲換能器(25)形成信號發(fā)射路線；計時器(23)信號路線上依次設置有接收檢測單元(26)、聲電轉(zhuǎn)換器(27)形成信號接收路線，所述信號發(fā)射路線與信號接收路線構(gòu)成信號接收回路。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述超聲波傳感器(2)還設置有顯示器(28)、定時器(29)。
5.根據(jù)權利要求1所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述運動裝置設置有至少四個紅外傳感器(I)。
6.根據(jù)權利要求1所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(3)設置有串行端口(5)。
7.根據(jù)權利要求2所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述紅外光源(II)為紅外固態(tài)發(fā)光二極管。
8.根據(jù)權利要求2所述的紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)，其特征在于:所述接收器(12)為固態(tài)光敏三極管。
9.一種紅外超聲相結(jié)合的導航系統(tǒng)的導航方式，其特征在于:它包括以下步驟， A、將色帶鋪設于地面； B、將紅外傳感器(I)、超聲波傳感器(2)安裝于運動裝置的檢測端，將單片機(3)安裝在紅外傳感器(I)、超聲波傳感器(2)的信號路線上，將電機驅(qū)動模塊(4)安裝于運動裝置的動力系統(tǒng)上； C、開啟系統(tǒng)，將紅外傳感器(I)不斷檢測和反射地面預先布置的色帶的信號傳送到單片機(3)，將超聲波傳感器(2)不斷發(fā)送和接收的信號的時間差傳給單片機(3)； D、單片機(3)接收處理紅外傳感器(I)的信號，單片機(3)接收處理超聲波傳感器(2)的時間差的信號并測算障礙物的距離，單片機(3)將處理后的信號傳送至電機驅(qū)動模塊(4)； E、電機驅(qū)動模塊(4)根據(jù)單片機(3)的信號指示控制運動裝置的軌跡。
【文檔編號】G01S11/16GK104007433SQ201410264916
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權日:2014年6月10日
【發(fā)明者】潘麗杰, 徐本亮, 雷蕾, 周正卿, 朱琪, 陸麗芳 申請人:浙江清華長三角研究院